基于反射光场偏振与空时编码的表面三维重建方法和系统与流程

技术特征：

1.一种基于反射光场偏振与空时编码的表面三维重建方法，其特征在于，所述方法包括：

对待测物体进行可调控精度的空时编码三维重建以获取第一三维面形数据D^shape，并计算其法向量场N^shape；采用圆偏振光照明待测物体表面，计算反射光场法向量场N^polar；通过第一三维面形数据法向量场N^shape纠正反射光场法向量分量入射方位角得到第一优化的反射光场法向量场N^cpolar；通过第一三维面形数据D^shape纠正反射光场法向量相关的折射率nm，得到第二优化的反射光场法向量场N^rpolar；基于圆偏振度和D^shape联合引导梯度积分得到第二三维面形数据D^polar；基于标准球拟合建立异源数据的定量关系，并将D^shape和D^polar进行数据融合，得到待测物体表面的第三三维面形数据D^hh。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取第一三维面形数据D^shape包括：

获取多对空域时域不相关且受待测物体表面形状调制的立体图像序列；对立体图像序列进行二值化处理，得到二值立体图像序列对；对获取的二值立体图像序列对进行异或处理，完成对应点立体匹配，得到反映待测物体表面面形的视差图；根据系统的标定参数，对获得的视差图进行三维重建，得到第一三维面形数据D^shape。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算第一三维面形数据D^shape的法向量场N^shape包括：

根据受待测物体调制的空时序列图像和立体匹配的双重选择标准，选取第一三维面形数据D^shape的高可靠性区域Mask；通过最近邻kNN搜索算法找出Mask区域三维点pi＝[pix,piy,piz]^T邻域的点集P＝{p1,p2,p3,...,pn},pi∈R³，对应矩阵P＝[p1,p2,…,pn]^T；对点pi，从其k邻域Qi＝{qi1,qi2,qi3,...,qik}(qik∈P且qik≠pi)估算该点的法向量ni＝[nix,niy,niz]^T；Qi对应的矩阵形式为Qi＝[qi1,qi2,…,qik]^T，

以ni为优化变量，建立一个代价函数：

其中，表示包含行平均向量矩阵；进而通过对矩阵进行主成分分解(PCA)，选取最小协方差对应的主成分求取最优的ni，由Mask区域内所有点的ni来构成N^shape。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将相机镜头前端的相位延迟片的延迟设置为0度或者90度，偏振滤光片的偏振角设置为0度、45度、90度和135度，同时获取对应角度位置的4幅偏振图像；

入射光Sin＝[S0 S1 S2 S3]^T，其与x轴成夹角α，经过与快轴和x轴平行的相位延迟片后相位延迟为其光强分布表示为：

I(α,φ)＝0.5[S0+S1cos(2α)cosφ+S2sin(2α)cosφ-S3sin(2α)sinφ]

其中，S0表示入射光的总光强；S1表示偏振方向为0度和90度方向光强差；S2为45度和135度方向的光强差；S3表示左圆偏光和右旋圆偏光的光强差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：通过下列方程求解斯托克斯向量：

入射光场的线偏振度DOLP，圆偏振度DOCP以及偏振角AOP(表示偏振椭圆主轴与参考轴之间的夹角)为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于D^shape相关系数δcorr和圆偏振度DOCP联合归一化可靠性排序，引导定义一个2D积分路径的最小生成树图形Ggraph，其节点对应重建表面的每个像素点，其边缘对应梯度，每个节点均可以沿着某积分路径到达，然后根据Ggraph进行梯度积分得到D^polar。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

采用一个经检验的已知面形数据分布的标准球作为测量对象，分别用测得其面形数据和通过选取测量可靠的区域的数据建立两种异源数据的比例因子s，将D^shape和D^polar统一到同一尺度的坐标系下：

Mask^shape∈{0,1},Mask^polar∈{0,1}

去掉冗余的数据并进行重新采样，得到待测物体表面的高分辨高精度三维重建数据D^hh。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：根据待测物体表面几何特征和面形复杂度调整立体图像序列的数量以及三维重建参数。

9.一种基于反射光场偏振与空时编码的表面三维重建系统，其特征在于，所述系统包括：一个空时编码光场发生装置、一个圆偏振光发生装置、两台工业相机，以及计算装置；其中，每台工业相机包括偏振滤光片和相位延迟片；

所述计算装置用于执行前述任一项权利要求所述的方法。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括反射楔形镜，用于调制固定模式的二元编码图形以在测量空间产生空时无关连续扫描光场。