[發(fā)明專利]一種基于偏振結構光的快速三維重建方法

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• 申請日: 2023-07-17
• 公開（公告）號: CN116592794A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 鄭東亮;柳暢;于浩天;韓靜
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學彪

1.一種基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于，采用三維重建系統(tǒng)，所述三維重建系統(tǒng)包括偏振相機和投影儀，所述偏振相機和投影儀均正對被測物體，包括如下步驟：

一、通過所述投影儀將綠圖和藍圖先后投射到被測物體上，并通過所述偏振相機在偏振模式下四個通道捕獲的圖案計算得到三維重建系統(tǒng)的先驗參數(shù)；

二、通過所述投影儀將藍綠混色條紋圖離焦投射到所述被測物體上，并通過所述偏振相機在偏振模式下四個通道捕獲從所述被測物體表面反射的形變相移正弦條紋圖案；

三、利用步驟一獲得的先驗參數(shù)對步驟二中捕獲的形變相移正弦條紋圖案進行校正，得到校正后的雙頻正弦條紋圖像；

四、校正后的圖案即N步相移正弦圖案，通過相移和雙頻法相位展開獲得絕對相位，根據所述絕對相位和系統(tǒng)標定參數(shù)對所述被測物體進行三維重建。

2.根據權利要求1所述的基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于：所述步驟一中投影綠圖時偏振相機的四個通道捕獲的圖案的強度為：

；

式中，0°，45°，90°和135°表示偏振相機的四個通道，?表示偏振相機對綠光的量子效率，表示經由被測物體反射后綠光的總強度：包括退偏成自然光的部分和仍保持原偏振方向的線偏振光部分，?表示經由物體反射后仍保持原偏振狀態(tài)的綠光比例，表示投影儀綠光的偏振方向和偏振相機0°通道的夾角；利用此方程組得到??最小二乘解；

所述步驟一中投影藍圖時偏振相機的四個通道捕獲的圖案的強度為：

；

式中，0°，45°，90°和135°表示偏振相機的四個通道，表示偏振相機對藍光的量子效率，表示經由被測物體反射后藍光的總強度：包括退偏成自然光的部分和仍保持原偏振方向的線偏振光部分，表示經由物體反射后仍保持原偏振狀態(tài)的藍光比例，表示投影儀藍光的偏振方向和偏振相機0°通道的夾角；利用此方程組得到?的最小二乘解；

其中，?和??的最小二乘解即為三維重建系統(tǒng)的先驗參數(shù)。

3.根據權利要求1所述的基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于：步驟二中通過所述偏振相機在偏振模式下四個通道捕獲的從所述被測物體表面反射的形變相移正弦條紋圖案??利用下式表示：

式中，?表示偏振相機的0°，45°，90°和135°四個通道，?和??分別表示藍綠混色條紋圖經由物體反射后綠光和藍光的總強度，?表示偏振相機對藍光的量子效率，表示偏振相機對綠光的量子效率，表示投影儀綠光的偏振方向和偏振相機0°通道的夾角，表示投影儀藍光的偏振方向和偏振相機0°通道的夾角，?表示經由物體反射后仍保持原偏振狀態(tài)的綠光比例，表示經由物體反射后仍保持原偏振狀態(tài)的藍光比例。

4.根據權利要求1所述的基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于：步驟三中可通過下式對捕獲的條紋圖案進行校正：

；

式中，和分別表示校正后的綠色正弦條紋案像和藍色正弦條紋圖案，分別對應兩種頻率的條紋，和即為三維重建系統(tǒng)的先驗參數(shù)，和分別表示在偏振相機的0°和90°通道捕獲的形變相移正弦條紋圖案。

5.根據權利要求1所述的基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于：所述步驟四中的絕對相位由包裹相位和條紋級次共同解得并通過下式表示：

式中，表示條紋級次，表示包裹相位；

其中，通過下式表示：

；

式中，表示相移的步數(shù)，表示相移總步數(shù)，表示相機的像素坐標，表示相移量，其中，的范圍為表示受物體表面調制后被相機捕獲的形變條紋圖案；

通過下式表示：

式中，表示等效頻率的條紋圖的包裹相位，和分別表示高頻條紋圖和低頻條紋圖對應的包裹相位，表示等效頻率條紋圖的條紋周期，表示高頻條紋圖的條紋周期；

通過下式表示：

式中，和分別表示高頻條紋圖案和低頻條紋圖案對應的包裹相位；

通過下式表示：

；

式中，表示低頻條紋圖的條紋周期，表示高頻條紋圖案的條紋周期。

6.根據權利要求5所述的基于偏振結構光的快速三維重建方法，其特征在于：。