Contact-Based Fringe Projection Profilometry for High-Resolution 3-D Surface Measurement of Reflective and Transparent Objects
作者: Ingu Yeo, Hyung-Gun Chi, Jae-Sang Hyun
分类: cs.CV
发布日期: 2026-06-16
💡 一句话要点
提出基于接触的条纹投影技术以解决高反射和透明物体的3D测量问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 条纹投影 3D测量 接触传感 深度重建 光学特性 机器人技术 工业应用
📋 核心要点
- 现有的GelSight传感器在高反射和透明物体的深度测量中存在重建误差累积和校准困难的问题。
- 本文提出了一种基于条纹投影的接触测量技术，利用三角测量实现高精度的3D重建，简化了大面积的校准过程。
- 实验结果显示，所提方法在与GelSight Mini传感器的直接比较中，显著提高了测量的准确性和稳定性。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种基于接触的3D表面测量方法，该方法基于数字条纹投影（DFP）系统，属于视觉触觉传感器家族，旨在克服现有GelSight传感器在高反射和透明物体测量中的局限性。GelSight通过光度立体法推断深度，容易累积重建误差，且在较大感测区域的校准变得复杂。为此，本文提出了一种条纹投影接触测量技术，通过在涂层硅胶接触表面上进行三角测量实现高密度的每像素表面几何和全场3D形状测量。实验结果表明，该方法显著提高了结构光3D测量的准确性和稳定性，能够可靠地重建具有多样光学特性的物体。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有GelSight传感器在高反射和透明物体测量中的深度推断误差累积和校准复杂性的问题。现有方法依赖光度立体法推断深度，导致在复杂表面上准确性不足。
核心思路：提出了一种基于条纹投影的接触测量方法，通过在涂层硅胶表面上进行三角测量，直接获取每个像素的深度信息，从而提高测量精度和稳定性。
技术框架：该方法的整体架构包括条纹投影模块、接触表面采集模块和三角测量重建模块。条纹投影模块负责生成光栅图案，接触表面模块用于获取接触区域的图像数据，重建模块则进行3D形状的计算与输出。
关键创新：最重要的创新在于采用条纹投影技术替代传统的光度立体法，能够直接进行深度测量，避免了重建误差的累积，并且在大面积测量时简化了校准过程。
关键设计：在技术细节上，采用高精度的数字条纹投影，优化了光源的配置和图案设计，以确保在复杂表面上获得高质量的测量数据。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提方法在与GelSight Mini传感器的比较中，测量准确性提高了显著的幅度，具体表现为在复杂表面上的重建误差降低，增强了对多样光学特性的物体的可靠重建能力。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括机器人抓取、工业检测和医疗成像等。通过提高对高反射和透明物体的3D测量精度，该技术能够在多个行业中实现更可靠的自动化和智能化解决方案，推动相关技术的进步与应用。
📄 摘要（原文）
This paper presents a contact-based 3-D surface measurement method based on a Digital Fringe Projection (DFP) system, belonging to the vision-based tactile sensing family pioneered by the commercially successful GelSight sensor. Such sensors have proven effective for robotic fingertip manipulation and contact sensing. However, because GelSight employs photometric stereo with RGB LEDs, it does not measure absolute depth directly but instead infers it by integrating estimated surface gradients, which can accumulate reconstruction errors; in addition, it becomes increasingly difficult to calibrate as the sensing area grows, and its depth accuracy is challenged on highly reflective or transparent objects. To overcome these drawbacks, we propose a fringe-projection-based contact measurement technique that performs triangulation-based 3-D reconstruction on a coated silicone contact surface, providing dense per-pixel surface geometry and full-field 3-D shape measurement over the contact region. By integrating high-accuracy digital fringe projection into the sensor, our approach simplifies calibration over larger areas and enhances depth precision for complex surfaces. Experimental results, including a direct comparison with a GelSight Mini sensor, a sphere-fitting accuracy evaluation, and an uncertainty analysis, confirm that the proposed method significantly improves the accuracy and stability of structured-light-based 3-D measurements, allowing reliable reconstruction of objects with diverse optical properties.