[发明专利]一种基于偏振漫反射分离的被动三维重建方法

说明书

本发明涉及一种基于偏振漫反射分离的被动三维重建方法，包括：获取待重建物体的若干不同偏振角度的偏振图像；去除所述偏振图像的镜面反射光强，得到无镜面反射的偏振图像；根据所述无镜面反射的偏振图像，获取第一表面法线梯度场；利用SFS算法，根据所述无镜面反射的偏振图像的光强值得到第二表面法线梯度场；利用所述第二表面法线梯度场校正所述第一表面法线梯度场，得到所述待重建物体的第三表面法线梯度场；根据所述第三表面法线梯度场实现所述待重建物体的三维重建。本发明的三维重建方法，克服了传统偏振漫反射三维成像技术依赖于理想漫反射表面的条件，解决了非朗伯目标物的偏振三维重建问题。

技术领域

本发明属于计算成像技术领域，具体涉及一种基于偏振漫反射分离的被动三维重建方法。

背景技术

高精度、非接触三维重建技术是当今工业3.0时代智能制造等信息获取的重要方式，被广泛应用于空间位姿估计感知、工业检测、医疗、建筑设计、航空航天和虚拟现实等领域。然而在三维数据实时测量过程中，针对非朗伯体物体，由于表面具有局部镜面反射特性易产生镜面耀光，传统的非接触式三维重建测量技术如：基于结构光栅的三维重建技术由于目标表面的镜面耀光的存在，光栅结构条纹被掩盖，造成重构结果出现大区域的数据空洞。双目立体视觉技术无法提取有效的目标纹理结构实现特征匹配，极大降低了深度信息的测量精度；阴影恢复形状SFS(shape from shading)是基于朗伯体模型进行处理的，针对此种情况，重建会有严重的畸变。

不同于现有光学测量技术通过捕获目标的反射和辐射强度信息来反映目标特征，基于偏振的三维成像技术作为一项新型的光学探测技术，利用目标表面反射光的偏振态解析，反映目标的材料特性、粗糙程度、表面性状以及纹理分布等信息，其不依赖于背景照度、温度、对比度等因素，能极大提高目标探测识别性能。

目前，常用的单目偏振三维重建的方法，是基于相机得到的偏振信息而实现物体表面的三维重建，但是，此方法在实现三维重建的过程中，只能处理具有理想漫反射表面的物体，而且需要使用积分球作为主动光源去照射目标物才能进行重建，不能在自然光场景下简单的利用光强梯度场去校正偏振求得的梯度场而实现重建，导致使用该方法时需要设置严格的实验场景，使得其使用成本较高，应用范围较小，而且重建难度较高，重建准确度较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于偏振漫反射分离的被动三维重建方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于偏振漫反射分离的被动三维重建方法，包括：

获取待重建物体的若干不同偏振角度的偏振图像；

去除所述偏振图像的镜面反射光强，得到无镜面反射的偏振图像；

根据所述无镜面反射的偏振图像，获取第一表面法线梯度场；

利用SFS算法，根据所述无镜面反射的偏振图像的光强值得到第二表面法线梯度场；

利用所述第二表面法线梯度场校正所述第一表面法线梯度场，得到所述待重建物体的第三表面法线梯度场；

根据所述第三表面法线梯度场实现所述待重建物体的三维重建。

在本发明的一个实施例中，获取待重建物体的若干不同偏振角度的偏振图像，包括：

选取待重建物体和相机的拍摄位置；

在所述相机与所述待重建物体之间设置等高同轴的偏振片；

旋转所述偏振片，依次获取偏振角度为0°、45°、90°和135°的偏振图像I₀、I₄₅、I₉₀和I₁₃₅。

在本发明的一个实施例中，去除所述偏振图像的镜面反射光强，得到无镜面反射的偏振图像，包括：