让机械人看清墙壁不难
，然而一旦遇到镜子、玻璃或金属
，好多 3D 传感器就“不灵”了。

为相识决上述问题
，美国亚利桑那大学与莱斯大学、西北大学结合团队开发了一种新型 3D 传感器
，他们将整个环境造成“虚构屏幕”
，通过事务相机和扫描激光
，可在 70 毫秒内同时重建出漫反射和镜面反射物体的三维状态
，精度节造达亚毫米级。

这项技术的创新在于
，不用提前分物体材质、不用表置标定屏、靠环境自身就能进行混合反光场景 3D 建模。不仅有望在玻璃、金属、塑料、布料混合的场景中利用
，例如自动驾驶、手术机械人、工业检测和生物医学成像等领域
，还将来还有望延展到更宽泛的领域
，例如从手术中丈量血管到数字化整个房间或构筑物。有关论文颁发在 Nature Communications[1]。

图丨有关论文（起源：Nature Communications）

若何同时看清镜子和墙面？这个问题对于人眼来说似乎是一件很天然的事：眼睛与大脑实时构建出动态场景的三维精确图像
，再不休推算各类状态、大幼和表表的物体之间的距离。

然而
，这却是光学三维丈量领域持久以来的难题之一
，镜子、玻璃、抛光金属等高反射表表
，与墙面这类漫反射表表的成像机造截然分歧
，前者以镜面反射为主
，后者则以漫散射为主。大无数先进的 3D 传感器都针对漫反射（哑光）或镜面反射（高光）表表进行优化
，但往往只能在两种情景钟装二选一”。

（起源：Nature Communications）

然而
，现实世界的场景中存在着介于这两种极端情况之间的各类表表反射率。对机械人手术利用来说
，也火急必要可精确丈量表表的三维传感技术
，其难度在于手术部位环境复杂
，通常蕴含液体和湿润的组织
，以及皮肤等分散的表表。

而在整车漆面检测这类工业场景下
，传统规划可能必要搭建可包容整台车的隧路式大型幕布装置。并且
，这类硬件规划局限性同样显著
，不仅造价高昂、难以移动
，利用场景也极度受限。

该团队的理想成立在成熟的技术偏折丈量法之上
，后者通过观察屏幕上的图案在反射面的形变来丈量镜面状态。然而
，要用偏折丈量法丈量高度复杂的状态
，通常必要大型屏幕能力覆盖较大的表表方向角度领域。

钻研人员通过一种奇妙的丈量构建了新系统：他们烧毁了使用大型屏幕
，而是利用房间内必要丈量的镜面物体
，将整个周围环境造成一个“虚构屏幕”。

钻研人员并未选取逐帧捉拿整个场景的传统相机
，而是使用了一种神经状态事务相机
，它仅以极高的功夫分辨率捉拿丈量过程中的关键部门
，其可能以高帧率拍摄蕴含活动物体的混合反射场景的 3D 视频。

（起源：Nature Communications）

具体而言
，他们用事务相机共同双轴扫描激光投影仪
，先对场景进行急剧扫描。等激光扫过漫反射表表时
，光线向四面八方散射
，事务相机则异步捉拿亮度变动信号
，利用三角丈量重建出漫反射物体的三维状态。该钻研的创新之处在于
，系统会将这些被重建出来的漫反射表表
，鉴别成“虚构屏幕”
，再用它来丈量场景中的镜面物体。

“我们能够使用激光扫描仪捉拿房间内的所有物体
，蕴含镜面、光泽和哑光表表的物体以及哑光墙面。而后
，使用算法将漫反射表表与镜面反射表表分离
，最终将所有丈量到的漫反射场景部门用作虚构屏幕
，用于对镜面反射部门进行偏折丈量
，”该论文第一作者、莱斯大学博士生 Aniket Dashpute 说路。

激光从墙面某点反射后
，经镜面再次反射进入相机这条两次反射的光路被系统鉴别为间接反射事务
，与直接反射事务通过极线几何约束分脱离。镜面表表的法向量可由入射光线与反射光线之间的几何干系求解
，而后基于迭代优化算法从法向量场复原出深度图。

图丨尝试室中的原型机（起源：Nature Communications）

值得关注的是
，在场景内漫反射表表
，一块通常的纸板、一堵墙、甚至一个雕塑的背面
，都能够充任偏折丈量的光源
，整个过程不必要任何额表的硬件。

在现实尝试中
，这套系统阐发出强适应能力。以一块纯白色的平板为参照
，在漫反射场景下
，该系统可在 4 毫秒内实现一次扫描
，对应 250 赫兹的帧率
，重建误差约 210 微米。

对于混合了漫反射大卫雕像、镜面气球和金属锁扣的复杂场景
，系统扫描功夫 70 毫秒
，约每秒 14 帧。从实现成效来看
，依然能够清澈地捉拿到气球的旋转和纸巾被急剧抽走的作为。

在定量测试尝试中
，漫反射球的精度约 310 微米
，镜面球的精度为 450 微米。相比之下
，使用事务相机的现有步骤在一致前提下的深度误差高达 6 毫米。而英特尔 RealSense 和微软 Kinect v2 等商用产品
，面对镜面庞易出现数据缺失或直接给出谬误深度的问题。

总体来看
，这项钻研展示了一条新的蹊径：通过分歧反射类型之间的信息互补
，粗糙的表表能够作为光滑表表的参照物
，从而让事务相机的高速和高动态领域来添补激光扫描稀少带来的信息缺口。

参考资料：

1.Dashpute, A., Wang, J., Taylor, J. et al. Accurate and fast event-based shape measurement of mixed reflectance scenes. Nat Commun 17, 4407 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72254-6

2.https://techxplore.com/news/2026-05-virtual-screen-machines-3d.html

运营/排版：何晨龙

注：封面/首图由 AI 辅助天生