Monocular Metasurface for Structured Light Generation and 3D Imaging with a Large Field-of-View

点云 像素 视野 光学 投影(关系代数) 迭代重建 激光器 结构光 点(几何) 计算机视觉 计算机科学 算法 几何学 物理 数学
作者
Yixiong Luo,Xiaoyin Li,Runzhe Zhang,Yinghui Guo,Mingbo Pu,Yulong Fan,Qi Zhang,Qiong He,Jianqiang Che,Zeyu Zhao,Xiangang Luo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (30): 39906-39916 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.4c09254
摘要

Structured light three-dimensional (3D) imaging technology captures the geometric information on 3D objects by recording waves reflected from the objects' surface. The projection angle and point number of the laser dots directly determine the field-of-view (FOV) and the resolution of the reconstructed image. Conventionally, diffractive optical elements with micrometer-scale pixel size have been used to generate laser dot arrays, leading to limited FOV and point number within the projection optical path. Here, we theoretically put forward and experimentally demonstrate a monocular geometric phase metasurface composed of deep subwavelength meta-atoms to generate a 10 798 dot array within an FOV of 163°. Attributed to the vast number and high-density point cloud generated by the metasurface, the 3D reconstructed results showcase a maximum relative error in depth of 5.3 mm and a reconstruction error of 6.07%. Additionally, we propose a spin-multiplexed metasurface design method capable of doubling the number of lattice points. We demonstrate its application in the field of 3D imaging through experiments, where the 3D reconstructed results show a maximum relative depth error of 0.44 cm and a reconstruction error of 2.78%. Our proposed metasurface featuring advanced point cloud generation holds substantial potential for various applications such as facial recognition, autonomous driving, virtual reality, and beyond.
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