[发明专利]一种基于偏振原理的高反物体表面高光去除方法

说明书

本发明提供了一种基于偏振原理的高反物体表面高光去除方法。在结构光三维测量方法中，受不均匀照明影响，高反物体表面成像时会产生图像高光，遮盖物体表面的条纹图案。因此，实现高反物体表面的高光去除是视觉测量方法中的一个重要项目。为了解决上述问题，本发明提出了一种偏振方法，根据最优偏振角原理，获取高反物体在多偏振角下的成像图片并将其合成，达到提高图像信噪比和削弱高光的目的。同时，提出一种归一化加权算法，采集多曝光时间下的高光图像并合成，恢复高光区域内的表面信息。实验结果显示，该方法所得到的图像的信噪比得到提升，图像高光明显削弱，高光区域内的条纹图案得到有效恢复。

技术领域

本发明属于光学技术与测量技术领域，具体涉及一种在结构光三维测量中实现高反射率物体表面的高光去除和表面信息恢复的方法。

背景技术

三维形貌测量技术在工业制造、质量检测、逆向工程、虚拟现实、物体识别等诸多领域具有广泛应用。常用的三维测量技术是光学三维测量技术中的结构光投影方法，该方法利用投影装置将一系列结构光图案投影到物体表面，同时拍摄被物体的高度所调制的变形的条纹图案，从这些图像中提取高度信息，重建物体的三维模型。目前，结构光投影方法以其精度高、适用范围广、使用方便等优点得到了广泛的应用。然而，结构光投影中的不均匀光照导致高反射率表面上产生较大的高光区域，高光区域完全遮盖了投影仪所投影的条纹图案。因此，如何实现高反射率表面的高光去除是结构光投影方法中的一个关键问题。基于上述情况，本发明提出了一种基于偏振原理的高光削弱方法，并在该方法中引入了一种归一化加权算法实现物体表面信息的恢复。

发明内容

本发明在结构光三维测量方法的背景下，针对高反射率物体的表面高光遮盖物体表面信息影响测量的问题，提出了一种基于偏振原理的高反物体表面高光去除方法，并引入了一种归一化加权算法用以恢复高光区域表面信息。本发明通过以下技术方案体现。

（1）建立一个基于双目相机原理的三维测量模型如图1所示。

（2）投影仪向物体表面投影单色条纹。偏振片放置于相机镜头前，与相机、投影仪设置在同一高度平面上，确保光心一致。

（3）多次旋转偏振片，使用相机在对应的偏振角度下拍摄获得多偏振角度图像，按照最大不饱和原理合成多偏振图像。

（4）调制曝光时间，获取多曝光时间下的偏振图像，按照本发明提出的归一化加权算法合成多曝光时间图像。

CCD相机，用于拍摄物体表面的成像。条纹投影仪，用于向物体表面投射条纹图案。偏振片，用于改变相机接受光线的偏振特性。具有高反射率的表面的物体，用于在受到投影光照后在其表面产生高光。

本发明所述的使用偏振片改变自然光的偏振特性，使得相机成像时获取具有偏振信息的图像。具体内容是转动偏振片，使得相机在对应角度下成像。成像时的偏振角度由最优偏振原理确定，当入射光在物体表面发生反射和折射时，若反射角和折射角互余，则反射光会处于线性偏振状态，这种状态下的反射光可以被线偏振片完全去除。因此该入射角被成为最优偏振角，也叫布鲁斯特角。本发明根据此原理，获取被测物体表面多个布鲁斯特角所对应偏振图像。

本发明所述合成多偏振图像的算法原理如下：

(1)

其中(i,j)为像素点的灰度值，n为偏振角度编号，i, j为像素点坐标。按照图像格式设置灰度值阈值，比较图像中所有像素的灰度值，大于阈值的像素被标记为饱和像素，不用于图像合成。比较多张图像中同一坐标的像素的灰度值，选出最大灰度值值。多张图像中同一坐标的像素的灰度值被确定为灰度阈值下的最大值，该像素被称为最大不饱和像素。由此，该算法将多偏振图片合成为最大不饱和图片。

本发明所述合成多曝光图像的归一化加权算法如下：