课程大纲

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飞行时间三维成像实验

课程编码:080300M02007H 英文名称:Experiments of time of flight Range and three dimensions imaging 课时:45 学分:3.00 课程属性:一级学科普及课 主讲教师:孙志斌

教学目的要求
本课程为光电类各专业研究生进一步了解和掌握相关实验技术而开设。课程内容以光电实验中当前较前沿的的光学调制信号(脉冲、方波或正弦波)或单光子飞行时间测量原理予以贯穿。光学实验原理和实验装置较为复杂、结合计算机图像处理算法和数据采集与处理方法等综合教学,兼有科普属性,拓宽研究生知识视野的内容,因而,本课程可较全面地训练光电类研究生动手能力和创新能力,具有较强的趣味性和系统性。
通过本实验课程学习,使研究生理解飞行时间距离测量三维成像原理和成像方法,掌握飞行时间距离测量三维成像在室内定位与导航、建筑测绘、地理测绘、辅助生活环境、立体视觉、人工智能等领域复杂场景下目标识别、提取与分割,边缘阈值滤波方法,图像校准算法与处理方法,融合算法和多场景重构的基本实验技能;另外拓展实验部分初步掌握透视成像实验,散射成像实验和水下成像实验方法。基本掌握飞行时间距离测量三维成像实验和数据处理基本技能。提升研究生的实际操作和实验数据分析能力,掌握实验报告撰写技能和论文撰写初步技能和思维方法。

预修课程
信息光电子学,光学工程,光学测量,光学实验等物理类与光学类课程

大纲内容
第一章 飞行时间成像概要介绍 3学时
第1节 飞行时间成像发展历史
第2节 飞行时间发展现状和趋势
第3节 飞行时间MATLAB点云数据工具包简介
第二章 飞行时间成像原理与理论 3学时
第1节 间接飞行时间三维成像原理与理论
第2节 直接飞行时间三维成像原理与理论
第3节 概要介绍三维成像3DM软件
第三章 双目视觉三维成像原理和TOF软件界面使用 3学时
第1节 结构光三维成像原理
第2节 双目视觉三维成像原理
第3节 学习安装3DM软件
第四章 成像光学性能参数和基本处理算法与相位解调原理 3学时
第1节 三维成像技术性能参数介绍
第2节 三维成像传感数据采集方法与流程
第3节 三维成像相位解调原理与理论
第五章 离散系统与线性系统与三维成像标校算法 3学时
第1节 飞行时间三维成像光学畸变理论与原理
第2节 飞行时间三维成像深度畸变理论与原理
第3节 飞行时间三维成像畸变标校方法与实验
第六章 三维成像模拟仿真方法 3学时
第1节 飞行时间三维成像光学系统模拟仿真
第2节 飞行时间三维成像应用模拟仿真
第3节 飞行时间三维成像距离测量模拟仿真实验
第七章 三维成像点云数据霍夫变换和RANSAC算法 3学时
第1节 三维点云数据霍夫变换理论
第2节 三维点云数据RANSAC算法
第3节 三维点云数据RANSAC算法实验
第八章 三维成像径向基函数 3学时
第1节 三维成像径向基函数理论
第2节 三维成像矢量代数理论
第3节 三维成像矢量叠加高置信度数据处理与实验
第九章 三维成像立体视觉模型标校与几何约束原理 3学时
第1节 三维成像立体视觉模型与内外参数标定
第2节 三维成像几何约束原理与时间标定
第3节 三维成像几何约束实验
第十章 三维成像几何模型和数据融合算法 3学时
第1节 三维成像典型几何模型与基于滤波的融合算法
第2节 三维成像数据配准ICP算法
第3节 三维成像数据配准实验与数据融合算法
第十一章 多源数据融合与人体特征识别 3学时
第1节 多源数据融合原理与理论
第2节 RGB与三维点云数据融合算法实验
第3节 三维点云人体特征识别算法与实验
第十二章 三维成像数据的深度学习算法 3学时
第1节 三维成像深度学习算法原理
第2节 三维成像深度学习算法实验
第3节 三维成像深度学习算法数据分析
第十三章 三维成像数据表面重构和几何测量算法 3学时
第1节 三维点云数据表面重构算法间接
第2节 三维点云数据点线面几何特征测量实验
第3节 三维点云数据李群与李代数基本理论
第十四章 三维成像的非视域成像与压缩传感成像算法 3学时
第1节 三维点云的非视域成像数据理论
第2节 飞行时间压缩传感成像理论
第3节 三维成像多路径干扰理论与实验
第十五章 高分辨与超分辨机器学习算法与单光子成像原理 3学时
第1节 高分辨机器学习算法与实验
第2节 超分辨机器学习算法与实验
第3节 单光子三维成像理论与实验

参考书
1、 飞行时间测距成像相机 Fabio Remondino孙志斌翻译 2016年8月1号 国防工业出版社

课程教师信息
孙志斌,男,硕导,中国科学院国家空间科学中心,研究领域1.空间光子学:单光子探测与成像,切伦科夫光子探测与宇宙射线观测2.光子信息学:光子飞行时间三维成像,光子多维成像及应用,非视域成像,激光光子时间信息传输3.空间材料学:计算机控制学,激光非接触测量,激光非接触加热,静电悬浮控制与测量,图像测量学,光学测量4.物理电子学:锁相放大测量技术,微弱信号检测,声光电磁热理化等传感器测量与分析。