[发明专利]一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法和装置

权利要求书

1.一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法，其特征在于，包括：

S1，将预设频率的正弦条纹图像投影到参考面上，得到参考条纹图像；将所述参考条纹图像投影至待测物体表面，得到变形条纹图像，使用光场相机拍摄所述变形条纹图像；获取待测物体的四维光场信息；其中，所述四维光场信息是通过光场相机拍摄待测物体表面投影的变形条纹图像获得的；

S2，利用空间域数字对焦方法对所述四维光场信息进行数字重聚焦处理，获得聚焦平面序列图像；

S3，基于参考条纹图像和变形条纹图像，通过傅里叶变换轮廓术进行条纹分析，获得包裹相位图；

S4，对所述包裹相位图进行相位展开，获得参考条纹和变形条纹之间的绝对相位差；

S5，根据所述绝对相位差获得待测物体表面的高度信息，并根据所述高度信息和所述聚焦平面序列图像，恢复待测物体的三维形貌信息。

2.根据权利要求1所述的基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法，其特征在于，所述四维光场信息包括光场相机记录的光线强度、二维位置信息和二维方向信息。

3.根据权利要求2所述的基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法，其特征在于，所述S2中，利用空间域数字对焦方法对所述四维光场信息进行数字重聚焦处理，具体包括：

定义光场相机镜头平面为u-v平面，定义图像传感器所在的成像平面为x-y平面，则光线进入光场相机后，光线与u-v平面的交点为(u，v)，与图像传感器x-y平面的交点为(x，y)；将所述光线记为L_F(u，v，x，y)，其中，下标F为镜头平面相对于成像平面的距离；

假设光场相机在像距为F处得到的像不清晰，在像距为αF的像面上得到的像是清晰的，则新对焦面F’＝αF上的四维光场信息为：

新对焦面(x′,y′)处的像素值E_(x·F)(x′,y′)的计算公式为：

式中，α为虚拟成像平面深度比例因子，F为x-y平面相对于u-v平面的距离。

4.根据权利要求1所述的基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法，其特征在于，步骤S3中，所述基于参考条纹图像和变形条纹图像，通过傅里叶变换轮廓术进行条纹分析，获得包裹相位图，具体包括：

S31，选取待测物体的一个y坐标固定的横截面，此时变形条纹的强度和物体高度分布函数可以表示为单变量x的函数，其中：

参考条纹图像强度可以表示为：

变形条纹图像的强度可以表示为：

式中，其中f₀表示投影条纹基频成分的空间频率，b_k是投影条纹第k阶谐波分量的幅度，Ψ_k表示各阶谐波分量的初始相位，其中是第k阶谐波引起条纹变形的相位变化；

S32，利用傅里叶变换轮廓术提取参考条纹图像和变形条纹图像的基频信息，所述基频信息是r(x)和d(x)的基频分量；

S33，对所述基频分量进行傅里叶逆变换，获得r_f(x)和d_f(x)，其中：

r_f(x)＝b₁cos(2πf₀x+Ψ₁)

S34，对r_f(x)和d_f(x)进行反正切计算，获得包裹相位图。