[發(fā)明專利]一種基于相位相似性的光場(chǎng)三維重建方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110528612.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN113205592B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T7/80
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發(fā)明屬于光場(chǎng)三維重建技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于相位相似性的光場(chǎng)三維重建方法及系統(tǒng)。方法包括對(duì)光場(chǎng)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)合光場(chǎng)相機(jī)的成像模型得到視差與深度的映射關(guān)系；投影正弦條紋到被測(cè)物體的表面，在光場(chǎng)EPI中計(jì)算相位信息，基于相位相似性得到被測(cè)物體的視差圖；將視差圖導(dǎo)入到視差與深度的映射關(guān)系中得到被測(cè)物體的深度信息；根據(jù)深度信息重建被測(cè)物體的三維模型。系統(tǒng)包括光場(chǎng)相機(jī)、數(shù)字投影儀和服務(wù)器。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于場(chǎng)景單一或物體表面紋理模糊情況下視差難以得到的問(wèn)題，能夠精確高效地實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體的三維形貌測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光場(chǎng)三維重建技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于相位相似性的光場(chǎng)三維重建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，新一代工業(yè)技術(shù)正朝著信息化、智能化的方向發(fā)展，對(duì)空間三維信息的感知與處理已成為了智能制造的發(fā)展趨勢(shì)。光學(xué)測(cè)量因其非接觸式，精度高，速度快等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)上被廣泛使用。光場(chǎng)成像技術(shù)作為成像領(lǐng)域的一種新興的技術(shù)，成為了最近幾年的研究熱門方向。

光場(chǎng)成像作為一種可以同時(shí)記錄光線方向和強(qiáng)度的多維信息獲取方法，近些年成為了光學(xué)領(lǐng)域研究的熱門方向。目前光場(chǎng)視差計(jì)算大多是基于極平面圖像(Epipolarplane image，EPI)的方法實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)計(jì)算場(chǎng)景的梯度和結(jié)構(gòu)張量獲取到極平面圖中的直線斜率信息，進(jìn)而得到場(chǎng)景視差。但對(duì)于一些場(chǎng)景單一或者物體表面紋理模糊的情況，會(huì)使EPI中的直線結(jié)構(gòu)不清晰，難以得到準(zhǔn)確的視差圖。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)提供一種基于相位相似性的光場(chǎng)三維重建方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于場(chǎng)景單一或物體表面紋理模糊情況下視差難以得到的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種基于相位相似性的光場(chǎng)三維重建方法，包括以下步驟：

對(duì)光場(chǎng)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)合光場(chǎng)相機(jī)的成像模型，得到視差與深度的映射關(guān)系；

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

將所述視差圖導(dǎo)入到所述視差與深度的映射關(guān)系中，得到被測(cè)物體的深度信息；

根據(jù)所述深度信息重建被測(cè)物體的三維模型。

優(yōu)選的，采用張正友標(biāo)定法，通過(guò)拍攝不同位姿的棋盤格對(duì)光場(chǎng)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到光場(chǎng)相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。

優(yōu)選的，所述視差與深度的映射關(guān)系表示為：

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

優(yōu)選的，得到視差與深度的映射關(guān)系之后，還包括：采用列文伯格-馬夸爾特算法對(duì)所述視差與深度的映射關(guān)系進(jìn)行誤差最小化優(yōu)化。

優(yōu)選的，所述在光場(chǎng)EPI中計(jì)算相位信息，基于相位相似性得到被測(cè)物體的視差圖的具體實(shí)現(xiàn)方式為：

記錄正弦條紋經(jīng)過(guò)被測(cè)物體的表面調(diào)制后的相位信息；基于相移原理對(duì)包裹相位進(jìn)行求解；基于多頻外差原理對(duì)包裹相位進(jìn)行相位解包裹，得到相位展開的光場(chǎng)數(shù)據(jù)；

對(duì)所述相位展開的光場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行EPI計(jì)算，用所述相位信息替代EPI中的圖像梯度和結(jié)構(gòu)張量，提取EPI中每一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的直線，并計(jì)算得到每一個(gè)像素點(diǎn)所在直線的斜率，基于像素點(diǎn)的斜率信息得到被測(cè)物體的視差圖。

優(yōu)選的，投影的所述正弦條紋的光強(qiáng)函數(shù)表示為：