[發明專利]一種基于偏振的彩色物體三維重建方法

有效

• 申請號: 201910562364.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110458960B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 邵曉鵬;韓平麗;蔡玉棟;李軒;劉飛;李鑫;陳方熠
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T15/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

1.一種基于偏振的彩色物體三維重建方法，其特征在于，包括：

獲取待重建目標的多張不同偏振度的偏振圖像；

根據所述偏振圖像進行所述待重建目標的結構三維重建，獲得所述待重建目標的結構三維信息；

獲得所述待重建目標表面的光強與待重建目標表面函數的偏導數之間的映射關系；

根據所述映射關系將所述偏振圖像的色彩值賦值到所述結構三維信息中，獲得攜帶色彩信息的三維圖像信息，其中，

根據所述偏振圖像進行所述待重建目標的結構三維重建，獲得所述待重建目標的結構三維信息，包括：

根據所述偏振圖像I₀，I₆₀和I₁₂₀計算所述待重建目標的偏振度；

利用所述偏振度獲得所述待重建目標的結構三維信息，

進一步地，根據所述偏振圖像I₀，I₆₀和I₁₂₀計算所述待重建目標的偏振度，包括：

采用斯托克斯公式，根據所述偏振圖像I₀，I₆₀和I₁₂₀計算所述待重建目標的斯托克斯矢量I、Q和U：

根據所述斯托克斯矢量I、Q和U計算所述待重建目標的偏振度P：

利用所述偏振度獲得所述待重建目標的結構三維信息，包括：

利用所述偏振度P計算所述待重建目標表面入射光的入射方位角和入射天頂角θ：

其中，n為所述待重建目標表面的折射率；

根據所述入射方位角和所述入射天頂角θ計算所述待重建目標的表面法線

其中，p為待重建目標的表面函數Z(x,y)關于x軸的偏導數，q為待重建目標的表面函數Z(x,y)關于y軸的偏導數；

根據所述表面法線計算所述待重建目標的結構三維信息：

其中，F{·}表示離散傅里葉變換，F^-1{·}表示離散傅里葉逆變換，M，N分別為拍攝的所述偏振圖像的橫向像素與縱向像素的個數，(u,v)為離散傅里葉變換中的頻率坐標。

2.根據權利要求1所述的基于偏振的彩色物體三維重建方法，其特征在于，獲取待重建目標的多張不同偏振度的偏振圖像，包括：

選定待重建目標；

選取相機清晰拍攝的位置，并在所述相機與所述待重建目標之間設置等高同軸的偏振片；

旋轉所述偏振片，依次在0°、60°和120°偏振度位置處進行拍攝，獲取三張不同偏振度的偏振圖像I₀，I₆₀和I₁₂₀。

3.根據權利要求1所述的基于偏振的彩色物體三維重建方法，其特征在于，獲得所述待重建目標表面的光強與待重建目標表面函數的偏導數之間的映射關系，包括：

獲得照射到所述待重建目標表面的光強與待重建目標表面函數的偏導數之間的映射關系：

其中，(i,j)為偏振圖像的坐標，表示映射函數，p，q為目標表面函數的偏導數，β為光照方向向量，l為待重建目標到相機的矢量，ρ為待重建目標表面材料的反照率或本征反射率；

獲取所述偏振圖像I₀，I₆₀和I₁₂₀中的一張圖像的色彩值Color(i,j)。

4.根據權利要求3所述的基于偏振的彩色物體三維重建方法，其特征在于，根據所述映射關系將所述偏振圖像的色彩值賦值到所述結構三維信息中，獲得攜帶色彩信息的三維圖像信息，包括：

利用所述映射函數獲取所述結構三維信息中的三維空間點對應的二維偏振圖像的位置，并對所對應的三維空間點進行色彩賦值；

對所述三維空間點進行劃分，將零散的三維空間點搭建為三維的網格；

利用雙線性插值法，對每個所述網格的每條邊使用插值顏色，且對每個所述網格的面積進行插補著色，以獲得攜帶色彩信息的三維圖像信息。

5.根據權利要求4所述的基于偏振的彩色物體三維重建方法，其特征在于，對所述三維空間點進行劃分，將零散的三維空間點搭建為三維的網格，包括：

對于所述偏振圖像表面的每個像素點找到其最鄰近的三個像素點構成一個四邊形結構，并且將所述四邊形認為是一個平面正方形；

將所述平面正方形對應到三維空間中得到一個空間四邊形，將所述空間四邊形的四個頂點認為是在同一平面上，從而將零散的三維空間點搭建為三維的網格。