[發明專利]一種基于相位相似性的光場三維重建方法及系統

有效

• 申請號: 202110528612.8
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113205592B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 馮維;高俊輝;曲通;王恒輝;程雄昊;祝振敏;張福民;翟中生;王選擇;趙大興
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/80
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

1.一種基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

對光場相機進行標定，結合光場相機的成像模型，得到視差與深度的映射關系；

投影正弦條紋到被測物體的表面，在光場EPI中計算相位信息，基于相位相似性得到被測物體的視差圖；

將所述視差圖導入到所述視差與深度的映射關系中，得到被測物體的深度信息；

根據所述深度信息重建被測物體的三維模型；

其中，所述在光場EPI中計算相位信息，基于相位相似性得到被測物體的視差圖的具體實現方式為：

記錄正弦條紋經過被測物體的表面調制后的相位信息；基于相移原理對包裹相位進行求解；基于多頻外差原理對包裹相位進行相位解包裹，得到相位展開的光場數據；

對所述相位展開的光場數據進行EPI計算，用所述相位信息替代EPI中的圖像梯度和結構張量，提取EPI中每一個像素點所對應的直線，并計算得到每一個像素點所在直線的斜率，基于像素點的斜率信息得到被測物體的視差圖。

2.根據權利要求1所述的基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，采用張正友標定法，通過拍攝不同位姿的棋盤格對光場相機進行標定，得到光場相機的內外參數。

3.根據權利要求1所述的基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，所述視差與深度的映射關系表示為：

式中，z^c表示被測物體的深度，u表示被測物體在光場相機的主透鏡聚焦平面上的投影到光場相機的主透鏡之間的距離，b表示光場相機中微透鏡陣列與圖像傳感器之間的距離，d表示光場相機中兩相鄰微透鏡中心之間的距離，q表示光場相機的圖像傳感器上像素的大小，v表示成像平面到主透鏡之間的距離，Δx表示被測物體的真實位置在光場相機的兩個相鄰子孔徑圖中的視差值。

4.根據權利要求1所述的基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，得到視差與深度的映射關系之后，還包括：采用列文伯格-馬夸爾特算法對所述視差與深度的映射關系進行誤差最小化優化。

5.根據權利要求1所述的基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，投影的所述正弦條紋的光強函數表示為：

式中，I(x,y)為(x,y)處的光強函數，a(x,y)為(x,y)處的背景強度，b(x,y)為(x,y)處的調制強度，φ(x,y)為(x,y)處的相位值，為相移值。

6.根據權利要求1所述的基于相位相似性的光場三維重建方法，其特征在于，所述計算得到每一個像素點所在直線的斜率的具體實現方式為：

在EPI中的其他像素行中搜索與目標像素點的相位值相似度最高的像素點，并記錄下這些像素點的位置；然后經過線性擬合得到目標像素點在EPI中所在直線的斜率。

7.一種基于相位相似性的光場三維重建系統，其特征在于，包括：光場相機、數字投影儀和服務器；

所述光場相機用于對標定過程中的棋盤格圖像進行采集和對經相位編碼后的被測物體圖像進行采集；

所述數字投影儀用于投影正弦條紋到被測物體的表面；

所述服務器用于控制所述數字投影儀、進行光場數據的解碼和運算；

所述基于相位相似性的光場三維重建系統用于實現如權利要求1-6中任一項的所述基于相位相似性的光場三維重建方法中的步驟。

8.根據權利要求7所述的基于相位相似性的光場三維重建系統，其特征在于，還包括：平移臺和支架；所述平移臺和所述支架均用于固定所述光場相機和所述數字投影儀。