[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

说明书

本发明实施例提供一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法和装置，方法包括：获取待测物体的四维光场信息；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；通过傅里叶变换轮廓术进行条纹分析，获得包裹相位图；对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；根据绝对相位差获得待测物体表面的高度信息，进而恢复待测物体的三维形貌信息。本发明通过数字对焦获得不同景深的投影图片，采用傅里叶变换廓术进行条纹分析后，再利用单频率投影条纹空间相位展开技术获取绝对相位，从而获得三维重建结果，该方法克服了传统相机景深小的限制，而且无需进行机械调焦。

技术领域

本发明实施例涉及立体视觉领域，尤其涉及一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法和装置。

背景技术

随着信息技术和机器人技术的快速发展，准确获取物体表面的三维数据以满足多样化应用的需求也日益强烈。高精度的三维测量技术被广泛应用于精密工业元器件的测量加工，医学图像重建，航空测绘，模型器具的逆向重建等领域。而在传统的工业，医学等领域应用之外，随着人工智能浪潮兴起的新兴技术领域如无人驾驶，智能机器人，智慧城市等同样需要三维测量技术的参与。数十年来三维测量技术的大量科研成果已经在方方面面改变着人类社会的生产生活，不断涌现的新兴应用场景和技术需求更加展现了这一研究领域的发展潜力，可以确信，快速高精度的三维形貌测量技术将在各领域发挥越来越大的作用。

结构光三维测量技术是通过向待测场景投影编码模板图像，根据调制变形后的编码模板恢复场景三维数据的主动式立体视觉方法。这一方法能够以非接触的方式，实时获取高精度的物体三维形貌数据。对于三维形貌的测量，傅里叶变换轮廓术(FourierTransform Profilometry，简称FTP)是由M.Takenda和K.Mutoh在1983年提出的，它是一种很有效的非接触式、快速的三维形貌测量方法之一，它的显著特点是简单、方便、快捷，只需要选择条纹图中的一帧图像，最多不需要超过两帧，就可以应用傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换再现出物体的三维图形。因此该方法可以适用于动态场景下物体表面的三维重建。

现有的三维重建方法使用传统普通相机拍摄物体进行三维重建，需要用户在拍摄前精心挑选相机参数，并且在拍摄过程中需要多次机械调焦，对每一景深的物体都拍摄图片，操作繁琐且效率较低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法和装置，通过数字对焦获得不同景深的投影图片，采用傅里叶变换廓术进行条纹分析后，再利用单频率投影条纹空间相位展开技术获取绝对相位，从而获得三维重建结果，该方法克服了传统相机景深小的限制，而且无需进行机械调焦。

第一方面，本发明实施例提供一种基于数字对焦结构照明光场的三维重建方法，包括：

S1，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。

进一步，在步骤S1获取待测物体的四维光场信息之前，所述方法还包括：

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。

进一步，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。