基于分组稀疏的光度立体视觉实现非朗伯物体重建的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用光度立体视觉技术恢复场景表面法向，可以在光源数量相对较少而 待重建物体高光很强的情况下取得理想结果。
【背景技术】
[0002] 光度立体视觉具有非接触，精度较高，对物体表面可以更好地恢复细节的特点。因 此一直都是比较热门的研宄方向并具有巨大的应用潜力。典型的光度立体视觉系统包括一 个摄像机和若干个光源。在理想朗伯反射条件下，图像中像素点的强度6满足：
[0003]
【主权项】
1. 一种基于分组稀疏的光度立体视觉实现非朗伯物体重建的方法，其特征在于，该方 法包括以下步骤： (1) 构建三维成像系统：所述三维成像系统包括摄像机、2M(M>3)个光源和计算机，摄 像机与计算机相连，光源均匀分布在两个同心圆上，每个同心圆包含M个光源，摄像机位于 同心圆圆心，摄像机视线与光源平面垂直； (2) 标定光源方向和强度，记光源方向矩阵为
. 第i个光源归一化后的光源方向； (3) 将每个光源依次点亮并采集图像，最终采集得到2M个图像，利用步骤2标定的光源 强度对采集的图像序列进行归一化，即对第i张图像除以第i个光源的光源强度Si，最终得 到2M张归一化后的图像； (4) 重建中，对每个像素进行处理，提取出每个像素在不同光源方向对应的归一化强 度，得到强度向量:〇 €M2A/，强度向量〇满足： 〇 =LTn+e(1) 其中e为高光分量，n为场景表面法向； (5) 建立基于稀疏假设的优化模型，具体包括以下子步骤： (5. 1)根据光源排布将平面圆等分成M个扇形区间，每个光源落在扇形区间的对称轴 上，利用强度向量〇判断法向所处的区间； (5. 2)利用步骤5. 1中得到的法向区间，推导出所有可能的高光组合^P，每一个高光组 合满足：对于共圆的M个光源，同法向区间接近的光源优先成为高光； (5.3)对步骤5. 2得到的所有可能的高光组合，去掉冗余组合得到最优的分组
其 中^为切的任意子集； (5. 4)利用步骤5. 3得到的最优的分组.
！建立优化模型：
其中D(e)为高光分量基于稀疏假设的惩罚项，
为分组G中的第j个元素所对应的惩罚权值，&为第j个光源所对应的高光分量； (6) 求解步骤5得到的优化模型，得到法向结果：
(7) 对所有像素重复步骤4-6得到所有像素的法向结果，并进行重建，最终得到物体的 三维结构。
【专利摘要】本发明公开了一种基于分组稀疏的光度立体视觉实现非朗伯物体重建的方法。方法包括：对非朗伯物体的每一像素，提取出其在不同光源方向下的归一化强度，并对强度进行分组，利用分组稀疏的方法来实现高光检测，并最终完成法向恢复和三维重建。本发明充分利用了光源方向的结构信息，可以使用相对较少的光源数目实现复杂非朗伯物体的重建，从而可以以较低成本和较少的采集时间来实现具有不同反射特性的物体的重建。
【IPC分类】G06T17-00
【公开号】CN104778749
【申请号】CN201510161292
【发明人】沈会良, 韩天奇
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月7日