[发明专利]利用控制点信息实现半球体三维表面形状的重建方法

说明书

技术领域

本发明属于物体三维表面测量技术领域，具体地说是涉及一种利用控制点信息实现了半 球体三维表面形状的重建方法，为真实物体三维模型的精确重建提供了理论依据和应用空间。

背景技术

为了满足工业检测，逆向工程和多媒体三维建模的需要，获取物体三维表面的准确信息， 已经成为近年来研究的热点问题之一。然而，如何使重建的物体三维表面无限逼近于标准的 物体表面，至今仍未能很好解决问题。

目前，物体三维表面重建方法按是否接触测量来区分，主要分为接触式测量方法和非接 触式测量方法。接触式测量方法的复杂度和造价高，不能满足实际的应用条件。非接触式测 量方法的主要有立体视觉法、Shape from Shading(简称SFS)、光度立体法等。立体视觉法 对立体匹配点的数量和准确度要求都非常高，在实际处理中很困难。SFS的求解是一个病态 问题，计算量大，误差较大。光度立体法是针对上述两种方法的缺点提出的，该方法测量速 度快，具有一定的应用价值。在图像重建领域中，光度立体法(PS)是在至少三个不同光源 方向的情形下，拍摄多幅图像，利用图像的光强来计算物体表面的方向梯度，进而得到物体 表面的三维重建。

在实际的应用中一般采用变分法和插补面法。变分法仅仅考虑了重建物体三维表面形状 的局部特征，忽略了全局的形状特征，因此，采用变分法重建物体三维表面会造成很大的误 差，由实验表明，变分法重建的平均相对误差高达19.76％。插补面法是在待测物体表面喷涂 漫反射材料，使用的光源是白光光源。它是2004年由以色列Aviv大学的Horovitz等人独 立提出的一种计算机辅助的物体三维表面偏差校正方法，具体地说，首先利用经典的重建算 法(比如变分法)得到半物体三维表面f₁(x，y)，然后以样条曲线理论为基础，结合单位矢量 场的光滑性准则，计算插补面f₂(x，y)，最后将f₁(x，y)和f₂(x，y)相加，即可得半物体三维 表面f₃(x，y)。然而，该方法虽然测量速度快，但是，该算法所得的重建物体三维表面形状的 精度不高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术存在的问题和不足，本发明目的在于提供一种利用控制点信息实 现半球体三维表面形状的重建方法，该方法不仅测量球类物体三维表面形状速度快，而且测 量所得的重建半球体三维表面形状的精度高，进而实现半球体三维表面形状的重建。

为达到上述目的，本发明采用如下方案：

上述利用控制点信息实现半球体三维表面形状的重建方法，其特征在于首先构建标准半 球模型，从三个角度得到三幅半球体灰度图像，建立物体表面辐照度方程；然后利用物体表 面辐照度方程和光度立体法，唯一确定物体表面方向梯度，进行变分法处理，由方向梯度重建 半球体三维表面f₁(x，y)；最后采用插补面算法和半球体表面控制点三维信息，得到插补面 f₂(x，y)，将f₁(x，y)和f₂(x，y)线性叠加求出物体表面每个点的三维信息，得到重建的半球 体三维表面f₃(x，y)，其具体步骤如下：

(1)、构建标准半球体模型，设立图像表面辐照度方程，其具体如下：

设标准半球体三维立体模型，半球体(物体)表面为z＝f(x，y)，则表面的反射分布函数 R(x，y)，

设与的夹角为α，则R(x，y)＝ρcosα，ρ为反射常数，设则表面 法向为(p，q，-1)，

设光源方向当ρ＝1时，反射分布函数R(x，y)表达式为：