[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

说明书

本发明公开了一种基于偏振结构光相机的高反光表面三维重建方法及装置。该方法包括：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。本发明提高了物体三维重建的效率和效果，尤其适用于高反光物体表面。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种基于偏振结构光相机的高反光表面三维重建方法及装置。

背景技术

随着计算机视觉技术的快速发展，能够进行三维测量的视觉传感器在工业上的应用越来越广泛。基于投影仪和相机的结构光三维重建技术，具有一次扫描快速成像、速度快、精度高等优点。然而，对于一些表面反光的物件，利用投影仪扫描容易产生过曝的现象，从而严重影响相机的成像，导致三维重建点云缺失以及产生噪点等现象。点云缺失和噪点实际上都是测量过程发生了不可逆的信息丢失，而通过各种技术获得的拟合信息都具有不可靠性，会降低工业测量的精度。普通光线的电磁场振动方向是随机的，利用偏振元器件可以过滤无规律传播的光线，只透过电磁场随时间规律变化的偏振光线。利用偏振光技术可以过滤随机杂乱的散射光，只获取指定偏振态的有效光线。

近年来，计算机视觉中三维重建技术的高速发展，越来越多的制造商开始引入相关的三维扫描设备。基于投影仪和相机的结构光3D相机作为其中一种极为重要的三维视觉传感器，能够实现高精度快速的扫描重建。然而工业制造中存在大量金属工件等具有高反光表面的样品，高反光现象会严重影响到三维重建的准确性，导致测量信息发生不可逆丢失的情况。因此，如何抑制消除高反光现象，成为结构光三维重建需要着重解决的一项难题。现有的方法通常是围绕降低光强和偏振光技术进行高反光的去除，以实现结构光三维重建的完整性。

例如，专利申请CN113554575A提供了一种基于偏振原理的高反物体表面高光去除方法，该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。

专利申请CN115235377A提供了一种基于偏振最佳投影强度的三维测量方法。该方法通过建立偏振系统下的相机响应函数，可以直接估计出所需要的最佳投影强度，用来补偿附加偏振片消减的图像光强。该方法不用旋转偏振片和多个曝光时间。此外，通过运用图像融合算法得到最佳条纹图像。

专利申请CN113237435A提供一种高反光表面三维视觉测量系统及方法，包括：建立投影仪光强与相机成像灰度之间的模型，投影均匀的饱和灰度图像，在高、低两次曝光时间下采集图像，通过对饱和像素标记，获得物体表面的高反光区域在相机图像中的成像区域，并计算使其成像不发生饱和的低灰度投影强度；进行相机像素绝对相位判断，获得投影图像中每个待调整像素对应的一个或多个相机像素，计算投影像素灰度与其对应的相机像素平均灰度，构成灰度匹配对；将匹配好的投影像素灰度与相机像素灰度作为样本，拟合投影强度模型参数；根据投影强度模型计算最佳投影强度，生成自适应正弦图像；投影仪投影自适应正弦图像，工业相机采集图像，多频外差解相法解相，根据条纹投影轮廓术视觉测量模型,获得物体三维形貌。

专利申请CN108645354A提供高反光对象表面的结构光三维成像方法及系统。该方法包括：向被测物体表面投影多组频率相同且光照强度不同的二值相移编码图案，根据反射的图像生成不同光照强度下的多个调制图片组，按光照强度降序排列；获取光照强度最大的组中各像素点的光照饱和强度，得到饱和像素点，确定饱和区域，获取其他各组对应区域内与各饱和像素点一一对应的光照饱和强度最小且光照强度最大的替换像素点并计算相位，用替换像素点的相位替代饱和像素点的相位，得到被测物体修复后的三维图像。

经分析，现有技术主要存在以下技术缺陷：