與以往基于超表面的三維成像研究不同，該方法依靠光學(xué)模擬計(jì)算獲取目標(biāo)輪廓信息，可以實(shí)現(xiàn)高對比度和低對比度目標(biāo)的物體識(shí)別和三維重建，為基于超表面的光學(xué)模擬計(jì)算提供了獨(dú)特的應(yīng)用。物體識(shí)別系統(tǒng)的原理示意性地如圖1(a)所示。

當(dāng)被觀測物體被添加到系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)可以通過全光學(xué)方式輸出有關(guān)物體的輪廓信息。該系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別能力也可以擴(kuò)展到全光學(xué)三維重建技術(shù)。無論是高對比度物體還是低對比度物體[圖1(b)]，通過重新組合被觀察物體的不同投影圖像，都可以得到被觀察物體的三維模型。

從理論上講，高對比度物體的三維輪廓面可以看作是無限二維輪廓的疊加。因此，針對高對比度物體，提出旋轉(zhuǎn)法和切片法進(jìn)行三維重建。對于低對比度物體，可以通過打破正交偏振態(tài)技術(shù)來獲得三維重建模型。

圖2.全光學(xué)三維高對比度物體重建系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)演示。(a) 全光學(xué)高對比度物體三維重建示意圖。不同的顏色平面代表不同的投影平面。(b) 圖中不同投影平面上被觀察物體的輪廓信息結(jié)果。(c)通過重新組合圖中捕獲的不同投影結(jié)果來重建的3D模型。(b).(d1)-(d3)原點(diǎn)圖像，芫荽籽旋轉(zhuǎn)間隔角度為16°和4°的三維實(shí)驗(yàn)重建模型。(e1)-(f3)蘑菇模型和棒棒糖模型的三維實(shí)驗(yàn)重建模型，類型同圖。

為了驗(yàn)證上述方案中三維重建的可行性，以圖2(a)中的球體為例。通過在光學(xué)系統(tǒng)中以相等的間隔旋轉(zhuǎn)物體，CCD相機(jī)可以捕捉到物體在不同投影平面上的多個(gè)輪廓信息，如圖2(b)所示。最后，通過重新排列和組合整個(gè)輪廓信息，可以重建高對比度物體的三維實(shí)驗(yàn)重建模型[圖2(c)]。

在圖3(d)–3(e)中，芫荽籽、蘑菇模型和棒棒糖模型被用來演示這種重建過程。從理論上講，間距角越小，重建模型的精度越高。作為概念驗(yàn)證演示，僅使用有限的輪廓來說明該方案在三維重建中的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該技術(shù)具有促進(jìn)性和準(zhǔn)確性。