[發明專利]一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統及其三維形貌重建方法

有效

• 申請號: 202110499446.3
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113188474B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 閆濤;陳路
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T17/00;G06T5/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 茹牡花

1.一種對高反光材質復雜物體進行三維形貌重建的方法，其特征在于，包括用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統，該系統包括線性電動滑臺(1)、相機(2)、照明裝置(3)、物鏡(4)、鎖緊器(5)和支撐圖像序列采集系統的支架(6)；

所述鎖緊器(5)的左側與支架(6)旋轉鎖緊，所述線性電動滑臺(1)的左側與鎖緊器(5)的右側通過螺絲固定，所述相機(2)的左側與線性電動滑臺(1)的右側通過螺絲固定，用于帶動相機(2)上下移動，所述相機(2)的下方與照明裝置(3)旋轉鎖緊，所述照明裝置(3)的下方與物鏡(4)旋轉鎖緊，所述支架(6)的水平基座區域用于放置高反光材質的待測物體；

所述線性電動滑臺(1)通過電線與計算機連接，用于驅動線性電動滑臺(1)上下移動，所述相機(2)通過電線與計算機連接，用于相機(2)供電和發送采集信號；

所述照明裝置(3)包括LED光源(7)、半反射透鏡(8)和封裝照明裝置的外殼(9)，所述LED光源(7)固定安裝在照明裝置(3)的水平筒末端，所述半反射透鏡(8)固定安裝在照明裝置(3)的垂直筒與水平筒相交的區域，所述外殼(9)通過電線與電腦相連，用于照明裝置的供電；

該方法包括以下步驟：

步驟1，多景深圖像序列采集步驟：通過控制所述線性電動滑臺(1)帶動相機(2)在預定行程中上下等間隔移動，相機(2)在每次線性電動滑臺(1)位置下采集包含高反光材質待測物體信息的圖像，構成用于三維形貌重建使用的不同景深圖像序列其中i表示圖像數，其取值范圍為1≤i≤Z，x,y表示圖像的位置，其取值范圍分別為0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

步驟2，圖像序列預處理步驟：計算圖像序列中每幅圖像I_i中的最大值，根據式(1)計算每幅圖像I_i的拉伸系數k_i，然后根據式(2)將每幅圖像與對應的拉伸系數相乘得到拉伸后的圖像序列

G_i(x,y)＝I_i(x,y)*k_i,0≤x≤M-1,0≤y≤N-1,1≤i≤Z (2)

其中Max(I_i)為計算圖像I_i中最大灰度值函數；

步驟3，圖像序列聚焦水平測量步驟：根據式(3)計算大小為n×n的初始聚焦水平測量算子r(x_f,y_f)的值；

其中x_f,y_f表示初始聚焦水平測量算子r(x_f,y_f)的位置且其取值范圍為-n≤x_f,y_f≤n，e為自然對數；

然后根據式(4)更新初始聚焦水平算子r(x_f,y_f)中心位置的值，得到聚焦水平測量算子M(x_f,y_f)；

其中sum(·)為求和函數，用于求取聚焦水平測量算子M(x_f,y_f),-n≤x_f,y_f≤n中所有元素的和；

最后，根據式(5)將拉伸后的圖像序列與聚焦水平測量算子M(x_f,y_f)進行卷積運算，得到每幅圖像的聚焦測量水平

其中*為卷積操作符；

步驟4，初始三維形貌重建步驟；根據式(6)計算步驟3得到的Z幅圖像中每個像素位置x,y的聚焦測量水平最大值所對應的位置，輸出所有位置對應值得到高反光待測物體的初始三維形貌重建結果DepthInit(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

其中argmax(·)為最大值自變量點集函數；

步驟5，深度圖像濾波步驟；將步驟4得到的初始三維形貌重建結果DepthInit(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1通過式(7)進行頻域濾波處理得到高反光待測物體最終的三維形貌重建結果Depth(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

Depth(x,y)＝F^-1(F(DepthInit(x,y))*h(x,y)),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1 (7)

其中F為傅里葉變換操作符，F^-1為傅里葉反變換操作符，h(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1為濾波器，*為卷積操作符。