2025年8月16日，Elsevier旗下光学领域知名期刊《Optics and Laser Technology》刊发精密仪器研究中心团队在高速三维成像领域的新成果，题为“SC-FPP: breaking 1 kHz frame-rate limits of 3D reconstruction with industrial cameras via snapshot compressive fringe projection profilometry（SC-FPP：快照压缩条纹投影轮廓术突破三维重构千赫兹帧率极限）”。刘喜春博士生为论文第一作者，刘世元教授、王健教授、朱金龙教授为论文通讯作者。

条纹投影轮廓术（FringeProjectionProfilometry, FPP）凭借微米级的空间分辨率、高测量精度及低硬件成本，已成为高时空分辨率三维成像中最具竞争的技术方案之一。然而，FPP的动态成像能力长期受限于投影仪-相机的同步机制以及相位恢复所需的投影序列长度，导致其三维成像速度通常被限制在100 Hz左右，难以满足增材制造熔池监测、动态测试等瞬态场景应用需求。尽管高速相机可实现微秒级采集，但其高昂成本和GB/s级的数据吞吐量严重制约了其在工业场景中的大规模部署。

针对工业相机的硬件帧率和数据传输带宽瓶颈，研究团队提出了一种融合条纹投影轮廓术（FPP）与快照压缩成像（SCI）的新型高速三维成像方法：SC-FPP。该方法利用数字微镜器件（DMD）进行随机空间光场编码，随后利用SCI恢复算法进行条纹图像解码，从而在不提高相机帧率的前提下，将三维成像速度提升B倍（B为压缩比），从而有效突破了传统相机的帧率限制。

图1 SC-FPP成像模型及原理示意图

为系统验证SC-FPP在高速成像中的鲁棒性与精度，研究团队构建了结合“2+3+3”多频相移策略与DeSCI恢复算法的完整处理流程。在动态场景模拟测试中，研究团队对置于旋转平台上的“大卫头像”模型进行了连续多姿态扫描。实验结果显示，SC-FPP通过单帧采集与多帧恢复的方式，实现了等效于相机原生帧率8倍的高效条纹捕获。重建的三维点云在不同旋转角度下均保持了良好的几何一致性，且眉脊、耳廓等高频细节特征得到了清晰保留，充分证表明了该方法对动态姿态变化的高鲁棒性。

图2 SC-FPP动态三维成像实验结果

在精度量化评估中，研究团队对具有不同表面复杂度的多个物体进行了混合仿真实验。实验结果表明，经SC-FPP恢复的条纹图像平均峰值信噪比（PSNR）均超过44.62 dB，绝对相位平均绝对误差（MAE）控制小于0.036 rad。在标准陶瓷球体测试中，该球半径均方根误差（RMSE）仅为36.6微米，展示了其在工业计量应用中的能力。

图3 SC-FPP精度实验验证

该研究成功突破了工业相机在数据带宽与帧率上的硬件物理极限，在无需依赖昂贵高速相机的前提下，利用普通工业相机实现了千赫兹（kHz）级的高速三维重建。作为一种低成本、高性能的解决方案，SC-FPP为增材制造过程监测、动态测试等领域的实时三维观测提供了全新的技术路径，具有重要的学术意义与工业应用价值。

论文信息：

X. Liu, D. Tang, J. Zhang, J. Wang, W. Guo, S. Lou, W. Zeng, J. Zhu, S. Liu, and X. Jiang, "SC-FPP: breaking 1 kHz frame-rate limits of 3D reconstruction with industrial cameras via snapshot compressive fringe projection profilometry," Opt. Laser Technol. 192, 113757 (2025).