[发明专利]基于偏振结构光相机的高反光表面三维重建方法及装置

权利要求书

1.一种基于偏振结构光相机的高反光表面三维重建方法，包括以下步骤：

将偏振镜设置于投影仪的镜头前，所述投影仪透过所述偏振镜投射待测物体的线偏振光条纹至相机视野内，其中所述相机是偏振相机；

所述相机针对待测物体垂直成像多个偏振态图像，所投射的线偏振光条纹的偏振角与该多个偏振态均不垂直，进而得到亮度不同的多份投影图像，其中投影图像的数量与偏振态图像的数量一致；

对于所述多份投影图像，通过点云重建获得对应的多片点云；

将所述多片点云进行点云融合，获得待测物体的三维重建结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏振态图像和所述投影图像的数量是四个，且各投影图像根据以下步骤获得：

对于所述相机的成像，在相邻的四个像素各保存一个偏振态的像素，分别是0°、45°、90°、135°；

所述相机在完成采集图像后获取对应偏振态的像素，分割合成四张图片，从而一次拍照获取得到四个不同偏振态的图像，每张图像是原始图像分辨率的四分之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影仪透过所述偏振镜投射待测物体的线偏振光条纹至相机视野内包括：通过所述投影仪投射编码条纹图案至所述相机视野内的待测物体表面，所述相机拍摄到目标与编码条纹图案进行解码，再通过三角测量原理得到物体的三维信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述编码条纹图案是格雷码加线移编码制作的18张条纹图案。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在点云重建过程中，对于待测物体上的一点，根据以下步骤获得对应的三维坐标：

对于相机焦距为f_c的情况，射影关系表示为：

其中，M为待测物体上一点，M在投影仪图像对应点为m_p＝(u_p,v_p)^T，在相机图像对应点为m_c＝(u_c,v_c)^T，M在投影仪空间坐标系下的坐标为M_p＝(x_p,y_p,z_p)^T，在相机空间坐标系下的坐标为M_c＝(x_c,y_c,z_c)^T；

投影仪空间坐标系和相机空间坐标系之间的关系表示为：

M_p＝R·M_c+T

其中，R和T分别是投影仪坐标系和相机坐标系之间的旋转矩阵和空间平移向量；

根据相机模型，图像坐标系与空间坐标系有如下关系：

利用三角测距原理，得到深度信息z_c，表示为：

获得点M在相机坐标系下的三维坐标M_c，表示为：

M_c＝u_cz_c/f_c,v_cz_c/f_c,z_c)^T

其中，K为相机模型的内参。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述多片点云进行点云融合包括以下步骤：

遍历四个偏振态的灰度图像素，首先判断对应像素是否存在过曝的情况，若过曝，像素灰度值超过255，接着查看对应像素的四片点云是否有点：

若存在灰度值超过255，且点位缺失，则认为是由于过曝引起的点云缺失，此时选取灰度值最低的偏振态点云进行补齐；

若灰度值都未超过255，且不存在点云缺失，将四片点云的点位坐标取平均值作为该像素的点位坐标；

若灰度值都未超过255，但是存在点云缺失的情况，则认为是由于过暗引起的点云缺失，此时选取灰度值最高的偏振态点云进行补齐。