[发明专利]基于散射信息校正的单目偏振三维重建方法

说明书

本发明涉及一种基于散射信息校正的单目偏振三维重建方法，包括以下步骤：(a)获取待重建物体的若干不同偏振角度的偏振图像；(b)根据所述若干偏振图像计算所述待重建物体的漫反射强度；(c)根据若干所述待重建物体的漫反射强度计算所述待重建物体的第一表面法线；(d)根据所述待重建物体的光强计算所述待重建物体的第二表面法线；(e)利用所述第二表面法线校正所述第一表面法线，得到所述待重建物体的第三表面法线；(f)根据所述第三表面法线完成所述三维重建。本发明的一种基于散射信息校正的单目偏振三维重建方法，利用漫反射强度计算待重建物体的偏振度，从而提高了三维重建结果的准确性。

技术领域

本发明属于计算成像领域，具体涉及一种基于散射信息校正的单目偏振三维重建方法。

背景技术

三维重建作为计算机视觉领域的重要技术，由于能够恢复物体表面形状，因此有着广泛的应用前景。但是传统三维重建存在诸多不足：(1)重建精度低，如明暗恢复形状法、双目视觉等；(2)设备复杂，如立体视觉法、结构光法等；(3)价格昂贵，如激光扫描，时间飞行法等。因此，实现高精度、系统简单及成本低的三维重建系统具有重要研究意义。

偏振三维重建技术由于引入物体偏振信息，能够获得更为丰富的物体细节，使重建结果精度更高。利用偏振信息进行三维重建的方法主要通过利用物体反射光的偏振特性，从而获取物体表面法线的方位角和天顶角以确定物体表面法线，最后对物体表面法线进行积分即可恢复物体表面。本发明提出了一种改进的单目偏振三维重建方法，能够在原有的单目偏振三维重建基础上获的更加精确的重建结果，并能得到物体表面真实的深度信息。

现有的基于偏振信息的三维重建方法有两种，第一种方法利用物体偏振图像与kinect获取的深度信息进行物体三维重建。该方法重建过程具体如下：

(1)首先采用斯托克斯公式，通过三幅角度间隔为45°的待重建物体的偏振图像I₁、I₂和I₃，计算待重建物体的斯托克斯矢量I、Q和U，其计算公式为：

其中，E_x表示电场在x轴方向上的矢量，E_y表示电场在y轴方向上的矢量，并通过计算结果计算待重建物体的偏振度P，其计算公式为：

(2)计算待重建物体表面入射光的入射方位角和天顶角θ，入射光方位角计算公式为：

由于在转动偏振片的过程，两个间隔180°的旋转角度得到的偏振图像的光强度是一样的，因此在计算结果中，待重建物体表面入射光的入射方位角与实际入射光的入射方位角存在一个180°的不确定值，导致最后求取的物体表面法线不准确；因此需要引进深度信息对获取的物体表面法线进行校正。

采用待重建物体的偏振度P，计算待重建物体表面入射光的天顶角θ，其计算公式为：

其中，n表示待重建物体表面相对折射率。

在求出入射方位角和天顶角θ之后，物体表面法线N^polar计算公式为：

(3)利用kinect获取的深度信息求取深度信息的表面法线N^depth，并对由偏振信息求取的物体表面N^polar进行校正，校正公式为：

其中a是一个二子算符矩阵，即a∈{0，1}，当a为0时，表示不需要校正；当a为1时，表示需要校正。

(4)对校正后的物体表面法线N^cor进行积分即可恢复物体表面形状。