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登錄三維成像技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時(shí)間:2026-01-04

三維成像技術(shù)的實(shí)例教程
摘要
本文針對(duì)智能制造領(lǐng)域機(jī)器人視覺(jué)感知中的三維視覺(jué)成像技術(shù)進(jìn)行綜述,系統(tǒng)地總結(jié)了一些有代表性的機(jī)器人視覺(jué)成像方法的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用中的局限性,內(nèi)容涉及飛行時(shí)間三維成像、點(diǎn)線掃描三維成像、色散共焦成像、結(jié)構(gòu)光投影三維成像、光學(xué)偏折成像、單目與多目立體視覺(jué)三維成像和光場(chǎng)成像等。繪制了各種視覺(jué)成像的圖譜,并探討了機(jī)器人手眼系統(tǒng)最佳三維成像方法。
在工業(yè)4.0時(shí)代,國(guó)家智能制造高速發(fā)展,傳統(tǒng)的編程來(lái)執(zhí)行某一動(dòng)作的機(jī)器人已經(jīng)難以滿足現(xiàn)今的自動(dòng)化需求。在很多應(yīng)用場(chǎng)景下,需要為工業(yè)機(jī)器人安裝一雙眼睛,即機(jī)器人視覺(jué)成像感知系統(tǒng),使機(jī)器人具備識(shí)別、分析、處理等更高級(jí)的功能,可以正確對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的狀態(tài)進(jìn)行判斷與分析,做到靈活地自行解決發(fā)生的問(wèn)題。
一、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組成
典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以分為:圖像采集部分、圖像處理部分和運(yùn)動(dòng)控制部分。基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)具體由如圖1所示的幾部分組成:
圖1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組成
①工業(yè)相機(jī)與工業(yè)鏡頭——這部分屬于成像器件,通常的視覺(jué)系統(tǒng)都是由一套或者多套這樣的成像系統(tǒng)組成,如果有多路相機(jī),可能由圖像卡切換來(lái)獲取圖像數(shù)據(jù),也可能由同步控制同時(shí)獲取多相機(jī)通道的數(shù)據(jù)。根據(jù)應(yīng)用的需要相機(jī)可能是輸出標(biāo)準(zhǔn)的單色視頻(RS-170/CCIR)、復(fù)合信號(hào)(Y/C)、RGB信號(hào),也可能是非標(biāo)準(zhǔn)的逐行掃描信號(hào)、線掃描信號(hào)、高分辨率信號(hào)等。
②光源——作為輔助成像器件,對(duì)成像質(zhì)量的好壞往往能起到至關(guān)重要的作用,各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素?zé)舻榷既菀椎玫健?/span>
展開(kāi) 光刻成像模型中x-y坐標(biāo)系和i-j坐標(biāo)系示意圖
在二維矢量成像模型中,光瞳面的瓊斯矩陣(二維形式)可以轉(zhuǎn)換為3×3的矩陣(適配三維分析):只需借助入瞳側(cè)轉(zhuǎn)換矩陣T?與出瞳側(cè)轉(zhuǎn)換矩陣T?,將這兩個(gè)矩陣與瓊斯矩陣依次結(jié)合,即可得到對(duì)應(yīng)的三維矩陣。
而這兩個(gè)轉(zhuǎn)換矩陣的參數(shù),由入瞳、出瞳處衍射光的方向余弦決定(比如入瞳的α?、β?、γ?,出瞳的α?、β?、γ?)——這些方向信息是實(shí)現(xiàn)二維到三維矩陣轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵支撐。
坐標(biāo)系一致性與矩陣等價(jià)條件
?物方坐標(biāo)系一致性:若光刻成像模型中各級(jí)次衍射光從物面到入瞳面的i-j坐標(biāo)系,與光線追跡中對(duì)應(yīng)光線在第一個(gè)面前的i-j坐標(biāo)系一致,則Oo與To相等;否則不相等。
?像方坐標(biāo)系一致性:若各級(jí)次衍射光從出瞳面到像面的i-j坐標(biāo)系,與光線追跡中對(duì)應(yīng)光線在最后一個(gè)面后的i-j坐標(biāo)系一致,則Oi與Ti相等;否則不相等。
零像差雙遠(yuǎn)心物鏡下的一致性
當(dāng)采用零像差雙遠(yuǎn)心物鏡時(shí),二維矢量成像模型的假設(shè)成立:
?成像模型中入瞳面各級(jí)衍射光傳播方向與光線追跡中對(duì)應(yīng)光線在第一個(gè)面前的傳播方向相同;
?出瞳面各級(jí)衍射光傳播方向與光線追跡中對(duì)應(yīng)光線在最后一個(gè)面后的傳播方向相同。
因此,成像模型中各級(jí)次衍射光在物方和像方的i-j坐標(biāo)系,與光線追跡中對(duì)應(yīng)光線的i-j坐標(biāo)系相同,即Oo與To、Oi與Ti相等,三維矢量成像模型和二維矢量成像模型仿真結(jié)果相同。
03/先進(jìn)技術(shù)與未來(lái)發(fā)展方向
1. 先進(jìn)制程與新光源適配升級(jí)
面向3nm及以下節(jié)點(diǎn),開(kāi)發(fā)EUV光刻雙遠(yuǎn)心物鏡適配的三維矢量模型,深化極紫外光與遠(yuǎn)心偏振光路的耦合作用機(jī)制研究。針對(duì)高NA雙遠(yuǎn)心物鏡(NA>1.5),構(gòu)建“遠(yuǎn)心度-偏振態(tài)-深度衍射”多物理量耦合模型,解決超高清三維圖形的成像畸變問(wèn)題。
展開(kāi) 01/簡(jiǎn)介
零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場(chǎng)與復(fù)雜物距場(chǎng)景”的優(yōu)勢(shì),在精密光刻、微納檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,但其視場(chǎng)邊緣物像比例變化特性,對(duì)成像模型的維度適配性提出更高要求。
二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態(tài),卻因忽略深度光場(chǎng)耦合、厚掩模衍射及視場(chǎng)-深度耦合效應(yīng),無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)三維圖形成像質(zhì)量。三維矢量成像模型通過(guò)全空間矢量光場(chǎng)建模,可精準(zhǔn)捕捉非雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律,成為破解瓶頸的關(guān)鍵。本文以零波像差非雙遠(yuǎn)心成像為視角,對(duì)比二維與三維模型適配性,重點(diǎn)聚焦三維模型應(yīng)用機(jī)理,為先進(jìn)三維制程光刻精度提升提供支撐。
02/三維矢量成像模型在零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡中的應(yīng)用
遠(yuǎn)心度與模型差異的量化關(guān)系
各級(jí)衍射光主光線轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系示意圖
物鏡像方遠(yuǎn)心度衡量:投影物鏡像方主光線方向單位矢量[kx,ky,kz],用kx/kz,ky/kz表示。
模型差異隨kx/kz的變化:kx/kz增大10倍,仿真結(jié)果差異增大100倍左右;當(dāng)kx/kz從10-3變化到10-1時(shí),差異從10-6量級(jí)變化到10-2量級(jí)。
零像差非雙遠(yuǎn)心物鏡下的差異量化
仿真條件:接觸孔掩模、中心點(diǎn)光源X偏振照明、物鏡像方kx/ky=0.1、瓊斯矩陣為單位矩陣。
掩模圖形示意圖
差異結(jié)果:二維與三維模型空間像相對(duì)強(qiáng)度分布差異在10-2量級(jí),最大絕對(duì)差值9.3x10-2、平均絕對(duì)值差4.5x10-2、差值均方根5.1x10-2。
二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠(yuǎn)心物鏡成像結(jié)果
結(jié)論:三維矢量成像模型預(yù)測(cè)非雙遠(yuǎn)心物鏡成像更精確。
展開(kāi) 但是,目前幾乎所有的表征手段都只能從二維的視角去解析高聚物結(jié)晶形態(tài);高聚物結(jié)晶形態(tài)在真實(shí)三維空間的結(jié)構(gòu)信息一直缺乏直觀的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
為了揭示三維空間中高聚物結(jié)晶形態(tài)的演變規(guī)律,西安交通大學(xué)功能軟材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的Goran Ungar教授基于雙光子顯微成像技術(shù)開(kāi)發(fā)了針對(duì)高聚物及其納米復(fù)合材料體系的三維成像技術(shù),成功獲得了高聚物球晶的三維圖像,并且揭示了納米粒子在結(jié)晶性高聚物中的分散狀態(tài)。通過(guò)對(duì)等規(guī)聚丙烯(iPP)和聚乳酸(PLA)結(jié)晶形態(tài)的三維成像研究,意外發(fā)現(xiàn)PLA納米復(fù)合材料靜態(tài)下結(jié)晶形成了類(lèi)似“碗”、“花瓶”、“圣杯”等不同于球晶的結(jié)晶形態(tài)(如圖1所示)。這種非球狀的結(jié)晶形態(tài)打破了人們對(duì)經(jīng)典高分子物理中靜態(tài)條件下高聚物結(jié)晶形成球晶的認(rèn)知,進(jìn)一步研究揭示了非球狀結(jié)晶形態(tài)源自于薄膜上下表面兩球晶的成核和生長(zhǎng),球晶生長(zhǎng)前沿“depletion”區(qū)域的負(fù)壓作用產(chǎn)生局部熔體流動(dòng),誘導(dǎo)球晶之間產(chǎn)生纖維狀晶體,纖維狀晶體進(jìn)一步橫向生長(zhǎng)最終生成C∞對(duì)稱性結(jié)晶形態(tài)。
圖1. PLA納米復(fù)合材料中觀察到的非球狀結(jié)晶形態(tài)
熒光分子標(biāo)記物/高聚物體系
如圖2a1-2a4所示,iPP中加入尼羅紅(NR)熒光分子后,熒光顯微鏡下弱熒光強(qiáng)度的圓形區(qū)域與偏光顯微鏡下球晶結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng);熒光顯微鏡下球晶邊緣呈現(xiàn)亮環(huán)在他們前期的研究工作中已被證實(shí)是由于球晶生長(zhǎng)時(shí),NR分子被排除到球晶的生長(zhǎng)前沿[Polymer 191, 122246 (2020)]。圖2a5還展示了熒光顯微成像的另一個(gè)優(yōu)勢(shì),即可以清晰地觀察到球晶碰撞界面由于結(jié)晶收縮從蓋玻片表面脫離而產(chǎn)生的牛頓環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)高聚物球晶的三維成像,他們將雙光子熒光成像技術(shù)發(fā)展至高聚物及其納米復(fù)合材料領(lǐng)域。
展開(kāi) 04/先進(jìn)技術(shù)與未來(lái)發(fā)展方向
厚掩模衍射精準(zhǔn)建模技術(shù)突破了傳統(tǒng)薄掩模近似瓶頸,基于嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)與時(shí)域有限差分(FDTD)方法,構(gòu)建厚掩模多層結(jié)構(gòu)的電磁散射模型,通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換與維度縮減算法降低計(jì)算開(kāi)銷(xiāo),實(shí)現(xiàn)掩模吸收層散射效應(yīng)的精確表征,在14nm以下節(jié)點(diǎn)將衍射近場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差控制在5%以內(nèi)。針對(duì)EUV光刻高寬比掩模,開(kāi)發(fā)多材質(zhì)耦合衍射模型,解決Ta吸收層深度衍射帶來(lái)的成像畸變問(wèn)題。
三維偏振像差調(diào)控技術(shù)通過(guò)建立“視場(chǎng)-深度”二維偏振像差映射模型,采用瓊斯矩陣張量表征偏振態(tài)的三維演化規(guī)律,結(jié)合全視場(chǎng)多目標(biāo)優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)偏振像差的定量分離與動(dòng)態(tài)校正。創(chuàng)新偏振-光瞳協(xié)同優(yōu)化策略,在3D NAND堆疊圖形中,將偏振像差導(dǎo)致的CD偏差從12nm降至3nm以內(nèi)。
此外,面向3nm及以下節(jié)點(diǎn),構(gòu)建EUV光刻專(zhuān)屬三維矢量模型,深化極紫外光與多層掩模的矢量相互作用機(jī)制研究。針對(duì)垂直堆疊結(jié)構(gòu),開(kāi)發(fā)“深度-偏振-劑量”多維度耦合優(yōu)化模型,實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)CD均勻性控制。
通過(guò)推進(jìn)AI與物理驅(qū)動(dòng)建模的深度融合,利用Transformer架構(gòu)捕捉三維光場(chǎng)長(zhǎng)距離依賴關(guān)系,結(jié)合FPGA硬件加速實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)光場(chǎng)仿真。探索數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用,搭建光刻過(guò)程虛實(shí)映射系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三維模型參數(shù)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)整。
展開(kāi) 
三維成像技術(shù)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
三維成像技術(shù)的最新內(nèi)容
<p>在光譜產(chǎn)業(yè)專(zhuān)題中,我們簡(jiǎn)單了解了光譜以及光譜成像應(yīng)用的生活化場(chǎng)景,而深入了解光譜成像技術(shù)可以了解到它的分類(lèi)方式豐富多樣,不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)下,展現(xiàn)出各具特色的技術(shù)類(lèi)型。這些分類(lèi)不僅反映了光譜成像技術(shù)的發(fā)展歷程和內(nèi)在邏輯,更決定了它們?cè)诓煌瑧?yīng)用場(chǎng)景中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。</p><p><strong>一、基礎(chǔ)概念</strong></p><p> 要更深入地了解光譜,<strong>波長(zhǎng)、波段、波段數(shù)與光譜分辨率
GLAD應(yīng)用:體全息光柵模擬1個(gè)月前
體全息成像技術(shù)是采用體全息光柵作為成像元件對(duì)物體進(jìn)行三維成像的技術(shù)。
概述
上期我們深入講解了波場(chǎng)合成技術(shù) (WFS) 及其在電影院、歌劇院、體育場(chǎng)館等娛樂(lè)場(chǎng)所的空間聲重放應(yīng)用。相信大家還記得,WFS 雖然能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量聲場(chǎng)重構(gòu),但需要幾百通道的揚(yáng)聲器陣列,堪稱聲學(xué)領(lǐng)域的 "土豪級(jí)" 系統(tǒng)。
那么,有沒(méi)有更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用、部署更靈活的三維聲場(chǎng)重構(gòu)方案呢?
今天,我們就來(lái)系統(tǒng)介紹另一種主流的聲場(chǎng)重構(gòu)技術(shù) ——高階 Ambisonics (HOA)。從基本原理
摘要:電阻抗成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)是一種無(wú)創(chuàng)的體內(nèi)電導(dǎo)率分布重建技術(shù),廣泛應(yīng)用于心肺功能監(jiān)測(cè)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)更貼近生理狀態(tài)的心臟動(dòng)態(tài)仿真,本研究構(gòu)建了一個(gè)可參數(shù)化的三維心臟模型,并通過(guò) COMSOL Multiphysics 與 MATLAB 平臺(tái)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)仿真。模型在心臟表面布置了24個(gè)電極,支持多組電流激勵(lì)與電壓采集;同時(shí),通過(guò)正弦函數(shù)表達(dá)式實(shí)現(xiàn)對(duì)心臟收縮周期的模擬
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)迭代,光刻成像的焦面精度對(duì)圖形保真度的影響愈發(fā)顯著,最佳焦面處的成像性能直接決定芯片制造良率。光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(SMO)作為分辨率增強(qiáng)核心技術(shù),其矢量模型因能精準(zhǔn)刻畫(huà)偏振、三維掩模衍射等效應(yīng),成為先進(jìn)制程優(yōu)化的關(guān)鍵工具,而數(shù)值計(jì)算的精度與分析深度則是發(fā)揮其效能的核心前提。
本文聚焦最佳焦面成像性能,通過(guò)搭建標(biāo)準(zhǔn)化仿真條件
01/簡(jiǎn)介
零波像差雙遠(yuǎn)心物鏡以“視場(chǎng)全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性,成為3D NAND、精密微納制造等場(chǎng)景的核心光學(xué)器件,但其對(duì)成像模型的維度適配性提出嚴(yán)苛要求。
二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態(tài)表征需求,卻因忽略深度方向光場(chǎng)耦合與厚掩模衍射效應(yīng),無(wú)法適配三維堆疊圖形的成像預(yù)測(cè)。三維矢量成像模型通過(guò)全空間矢量光場(chǎng)建模,可精準(zhǔn)捕捉雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律
<p class="ql-align-center"><strong>織物結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成的兩種思路</strong></p><p>首先介紹一下什么是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。這個(gè)結(jié)構(gòu)不是力學(xué)里面結(jié)構(gòu)的概念,在流體網(wǎng)格講的比較多。所謂結(jié)構(gòu)化,指的是生成網(wǎng)格的基本型面和節(jié)點(diǎn)布置,由明確的映射關(guān)系,可以得到符合規(guī)律的網(wǎng)格(一般指的四邊形、六面體)。</p><p>我們?cè)谇懊嫖恼陆榻B了三維機(jī)織(2.5D)復(fù)合材料的基本概念
01/簡(jiǎn)介
零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場(chǎng)與復(fù)雜物距場(chǎng)景”的優(yōu)勢(shì),在精密光刻、微納檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,但其視場(chǎng)邊緣物像比例變化特性,對(duì)成像模型的維度適配性提出更高要求。
二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態(tài),卻因忽略深度光場(chǎng)耦合、厚掩模衍射及視場(chǎng)-深度耦合效應(yīng),無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)三維圖形成像質(zhì)量。三維矢量成像模型通過(guò)全空間矢量光場(chǎng)建模,可精準(zhǔn)捕捉非雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律
三維機(jī)織復(fù)合材料簡(jiǎn)介
三維機(jī)織又稱2.5D,和平面機(jī)織材料相比,它的經(jīng)紗可以穿越厚度方向的其他層,上下交織,經(jīng)緯互鎖。
這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上還是由經(jīng)緯兩組紗構(gòu)成,但是又具有了厚度方向紗線,因此稱2.5D。
這種結(jié)構(gòu)的好處就是經(jīng)緯互鎖,層層交聯(lián),抗分層特性好。
層合板確實(shí)容易分層,但是成型前層層不相干,實(shí)際制造中逐層鋪貼過(guò)程可以讓樹(shù)脂和纖維充分浸潤(rùn)。或者直接每層制成預(yù)浸料
01/簡(jiǎn)介
零波像差雙遠(yuǎn)心物鏡以“視場(chǎng)全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性,成為3D NAND、精密微納制造等場(chǎng)景的核心光學(xué)器件,但其對(duì)成像模型的維度適配性提出嚴(yán)苛要求。二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態(tài)表征需求,卻因忽略深度方向光場(chǎng)耦合與厚掩模衍射效應(yīng),無(wú)法適配三維堆疊圖形的成像預(yù)測(cè)。
三維矢量成像模型通過(guò)全空間矢量光場(chǎng)建模,可精準(zhǔn)捕捉雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律