[发明专利]基于结构光标记的三维光场成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法，用于重建被测物体的三维模型，解决了现有技术中三维模型重建精度低的问题，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面投影及相位标记；光场记录模块，用于在若干视角下记录光场图像；光场转换模块，用于将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据直线的斜率及光场深度的对应关系重建被测物体的三维点云数据信息，以重建三维模型；通过对被测物体进行投影及相位标记，并利用采集到的光场图像建立四维光场数据，最后通过计算能够准确得出被测物体的三维点云数据，从而提高了三维模型重建精度。

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，基于光场成像理论的三维重建方法已经广泛地应用于军事科技、生活娱乐等领域，所以光场理论的三维重建方法成为了当今研究的热门话题，现有的基于光场理论的三维重建方法主要包括傅里叶层析法和极平面分析法。

其中，傅立叶层析法主要是利用对四维光场数据进行分析，根据不同深度的像点的聚焦位置不一样，构建适当的滤波函数，得出大量随着深度变化图像对焦区域变化的层析图片，然后根据深度和对焦点的关系重建出物体表面三维模型，但是这种方法的重建精度低，重建得到的物体表面的三维点云数据不够完整。

其次，极平面分析法是根据极线图的性质，物点对应的像素在极线图上呈直线分布，直线的斜率对应物点的深度，所以通过对光场的极平面图像进行优化处理，约束极平面数据中的直线斜率，求取物点的深度值，这种方法相对于傅立叶层析法，提高了光场成像的重建精度，但是由于直线的斜率的求解是基于灰度值的相似性而定的，对于同一条直线上的特征点很难确定，导致得到的物体表面的三维点云数据不够完整，从而使得广场成像的重建精度依旧有待提高。

基于以上分析，现有的基于光场理论的三维重建方法得到的被测物体的三维点云数据不够完整，从而使得对被测物体表面的三维模型重建精度低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法，旨在解决现有技术中对被测物体表面的三维模型重建精度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种基于结构光标记的三维光场成像系统，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面进行投影及相位标记，在本实施例中，投影标记模块具体为投影仪，通过投影仪对被测物体表面进行投影及相位标记，在其他实施例中，投影标记模块还可为投影灯等具有投影及相位标记的设备；光场记录模块，用于在至少两个视角下全方位并重复记录带有相位标记的被测物体的光场图像；光场转换模块，用于根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将所述四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据所述直线的斜率及光场深度的对应关系求解被测物体的三维点云数据信息，以根据所述三维点云数据信息重建被测物体的三维模型。

通过采用上述技术方案，投影标记模块能够对被测物体进行投影及相位标记，从而使得光场图像的标记来源准确；光场记录模块能够在若干视角下记录带有相位标记的光场图像，从而全方位地记录被测物体表面的光场图像及相位标记，从而能够使光场图像在经过光场转换模块后，将光场图像的三维光场数据转换为四维光场数据，得出全方位的被测物体的光场图像数据，四维光场数据经过数据计算模块的转换后，被拟合为直线，三维重建模块能够根据直线的斜率及光场深度的对应关系计算出被测物体的三维点云数据信息，由于三维点云数据信息均来自于明确的四维光场数据，从而使得三维点云数据信息较为准确，从而提高了三维模型重建精度。

进一步地，所述光场转换模块包括：相位解调单元，用于解调被测物体表面的相位标记；相位记录单元，用于记录解调出的所述相位标记；以及，相位集合单元，用于将被测物体的不同视角的相位标记集合，以将被测物体的三维光场数据转换为四维光场数据。