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迎难而上 挑战科技高峰
2022-07-06

关颖健博士,1981年生,2015年在天津大学精密仪器与光电子工程学院获得仪器科学与技术工学博士学位,深圳市易尚展示股份有限公司研发经理,主要从事三维数字化设备研究工作,是国内三维数字化领域的领军人物,走在三维数字化技术革新的最前沿,主持或参与过多项国家科技部重大仪器专项、国家自然科学基金、广东省、深圳市科研项目,并作为核心主导开发了多种已商用的三维数字化设备,包括桌面级三维扫描仪、文物三维扫描仪、人体三维扫描仪、人脸三维扫描仪等;作为副主编或编委参与编写了三部3D扫描与3D打印的相关教材,包括教育部粤教版高中科技课程教材;在国内外重要学术期刊发表多篇论文,并申请专利十余项。

关颖健博士在运动物体的三维数字化方面有着非常深入的研究,利用条纹结构光方式实现了运动物体的三维重建,通常的条纹结构光三维测量方式都是在静止情况下实现物体的形貌测量,这些系统的条纹发生装置使用的是DLP光机,而DLP光机的投影速率较慢,无法在物体运动的情况下测量物体的三维形貌。为了突破现有设备的限制,首先要突破条纹发生装置的限制,关颖健博士采用了非传统的投影系统,使用声光调制器来产生结构光条纹,其原理是通过数字射频信号发生器生成两路射频信号,这两个信号相差一个微小的频率差,当这两路信号分别输入到两个声光调制器中时,声光调制器会将射频信号转换为超声波信号,输入到声光晶体之中,通过超声波的对晶体挤压的力学作用,晶体中会产生一个光栅效应,当光以布拉格角进入这个光栅的时候由于布拉格效应就会产生一个频移,由于两个光栅的频率不一样,因此两束光产生了不一样的频移,随后产生的干涉条纹就会形成一个拍频信号,拍频的频率就是两个射频信号的频率差。这一创新性的发明在向国外权威杂志投稿的时候倒是闹出了个笑话,由于发明太过于创新,很多人看不懂,编辑差一点找不到审稿人,最后找了10几个业界的权威才有人接受了审稿。

对于帧间运动误差这一运动物体多帧三维成像中的难点问题,关颖健博士经过深入的研究首创了通过临近点统计并估计相移误差的算法对图像进行了运动误差恢复,成功抑制了由于物体运动带来的测量误差,这一问题的解决对于运动物体多帧三维重建的实际应用具有极为重要的意义。为了测量运动物体的三维形貌,业内已经进行了多年研究,这一问题始终很难得到解决,现有的解决问题的方法只能是大幅度提高投影采集速度,使数据获取速度远高于物体运动速度,这样就可以近似认为物体是不动的,但是这种方法随着物体运动速度的提升成本大幅度升高、同时由于相机响应时间和采集频率的限制物体的运动速度也不可能大幅度提升,因此此种方式只能针对运动速度很慢的物体使用,面对运动速度和相机采集速度接近的时候业内还没有办法可以解决。关颖健博士敢于迎难而上,专门向业内的关键性难题发出挑战,经过艰苦的实验研究,前后试验了40多种算法,终于成功矫正了运动误差,这就在同等硬件设备要求的前提下大幅度提高了对于待测物体运动速度的上限,之前无法测量的一些运动物体通过这一算法的矫正就变得可以测量了。

同时,关颖健博士为了能够更高效得利用系统性能,使用了三个相机进行数据采集,有别于传统的双相机结构。传统的系统需要采集十几帧图像才能够重建一帧三维深度图,而三相机系统通过增加了一个相机,相应的增加了一个约束条件,这就降低了查找对应点需要的图像数量,将需要投影多个频率的条纹图,降低到只需要投影一个频率条纹,再加上对于条纹图的循环利用,使整个系统重建三维深度像的帧率与图像采集帧率同步,充分利用了所有采集到的条纹图,实现了采集图像数量与重建三维深度像数量对等,即1:1的关系,将系统开销降到最低。

关硬件博士对运动物体三维重建的研究工作对3D动画电影拍摄中的运动捕捉,手势控制,体感游戏等领域具有重要意义,尤其是运动补偿的算法独树一帜,为业内在运动物体三维重建方面探索出了一条新的道路。

除了科研方面颇有建树之外,关颖健博士还十分关注3D技术的推广和教学工作,编写了两部教材教授学生3D设计与3D打印技术,两部教材分别针对刚入门的学生和具备一定基础的高级学生,因为其在业内的地位和在编写教材方面的经验,广东省科技出版社邀请其作为副主编参与编写了教育部粤教版高中技术教育课程教材,此类教材在全国范围只有三套,具备极为重要的价值,即将在出版发行。

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