[发明专利]针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法

权利要求书

1.一种针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，包括以下步骤：

由LED模组、LCD掩膜、相机构成轻量级硬件原型；

提取所述硬件原型的参数，通过引入LCD掩膜的渲染方程进行光场模拟；

基于模拟光场搭建针对LCD掩膜像素值的优化器；

根据所述优化器得到最优LCD掩膜像素值，并在硬件原型上修改LCD掩膜的像素值，同时选取LED模组中的单个灯，将其设置为最亮状态；

使用修改后的硬件原型完成几何模式的拍摄；

将几何模式下拍摄的图像解码，获取物体的深度信息；

基于模拟光场搭建针对LED光照参数的神经网络；

根据所述神经网络训练得到的LED光照参数，在硬件原型上修改LED模组的亮度，同时将硬件原型中的LCD掩膜设置为透明状态；

使用修改后的硬件原型完成材质模式的拍摄；

基于材质模式下拍摄的图像和深度信息，执行可微分优化，获取优化后的BRDF参数；

利用优化后的BRDF参数和深度信息，实现最终的渲染结果。

2.根据权利要求1所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述硬件原型的设计具体为：物体放置于包围盒内，LED模组和LCD掩膜竖直放置，且相互平行；相机放置于LCD掩膜上方，镜头正对包围盒中心；LED模组到LCD掩膜的距离，与LCD掩膜到包围盒中心的距离相等。

3.根据权利要求1所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述硬件原型的参数包括LED模组的位置参数、光强分布参数、LCD掩膜的位置参数、相机的位置参数、相机的内部参数、相机的响应曲线、颜色校准参数。

4.根据权利要求1所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述模拟光场以从LED模组中心出发，穿过LCD掩膜中心的射线为横轴x；以从LED模组中心出发，穿过同排左侧LED灯的射线为纵轴y；以沿着横轴方向，距离LED模组中心为2d的三维点为坐标系原点，其中d为LED模组中心和LCD掩膜中心的间距；根据x轴和y轴确定z轴。

5.根据权利要求3所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述位置参数及光强分布参数的标定通过基于图像的可微分优化方式进行，具体为：

已知渲染方程其中，x_k为包围盒中的某个三维点，x_l为当前LED灯上的某个点，每个LED灯被建模为面光源，其面积记为A，为x_k经过第j张LCD掩膜图案M_j投影后在最终图像上的亮度，ω为从x_k到x_l的单位方向向量，L(x_l,ω)为从x_l以-ω为方向的出射光亮度，为x_l,_k连线与LCD掩膜交点处的像素值，ρ为材质反射率，n_k和n_l分别为x_k和x_l处的法向量；

设定位置参数及光强分布参数的初始值，即可构建基于初始值和渲染方程的模拟光场；将实拍图像和通过该模拟光场输出的模拟图像进行逐像素的欧式距离计算，输入至Adam优化器进行优化，将最终收敛值作为位置参数及光强分布参数的结果。

6.根据权利要求1所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述基于模拟光场搭建针对LCD掩膜像素值的优化器，具体为：

通过分批进行，每批以存在于包围盒中且属于同一根相机射线的三维点为输入，获取该批三维点在模拟光场中的结果，选取该批其中一个三维点作为标签，将该批三维点的交叉熵作为损失函数进行LCD掩膜像素值的优化。

7.根据权利要求1所述的针对单视角下几何和材质高精度采集的结构光方法，其特征在于，所述几何模式下的拍摄过程，每次都通过相应的掩膜像素值进行LCD掩膜的修改，持续设定时间。