单表面三维重构方法、装置和系统与流程

技术特征：

1.一种单表面三维重构方法，其特征在于，用于在三角测量光路中对目标的具有镜面反射的前表面进行三维重构，所述三角测量光路的发光端采用自然光作为入射光照射所述前表面，所述三角测量光路的相机端获得所述前表面所反射出的反射光，所述方法包括：

根据所述反射光的偏振度，计算所述反射光对应的法向量；

由所述三角测量光路所预先进行的相机标定，确定出所述反射光的方向向量；

利用所述反射光的方向向量和所述法向量，计算所述入射光的方向向量；

根据所述三角测量光路所预先进行的发光端与相机端之间的像素点标定，确定符合所述入射光的方向向量的入射光的空间位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空间位置；

根据所述入射光的空间位置和所述反射光的空间位置之间的交点，重构所述前表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三角测量光路所预先进行的发光端与相机端之间的像素点标定，确定符合所述入射光的方向向量的入射光的空间位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空间位置，包括：

在所述三角测量光路中，预先对所述发光端与相机端之间进行像素点标定，获得所述发光端的光源平面上各像素点与所述相机端的像平面上各像素点之间的对应关系；

根据所述相机端的像平面上对于所述反射光成像的第一像素点，查询像素点标定所获得的对应关系，获得在所述发光端的光源平面上出射对应入射光的第二像素点；

根据所述第一像素点位置以及所述反射光的方向向量，确定所述反射光的空间位置，以及根据所述第二像素点位置以及所述入射光的方向向量，确定所述入射光的空间位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预先对所述发光端与相机端之间进行像素点标定，包括：

在所述三角测量光路中，采用所述发光端的光源平面向所述前表面投射编码结构光的方式，进行像素点标定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述反射光的偏振度，计算所述反射光对应的法向量包括：

将测量所获得的所述反射光的偏振度ρ，代入偏振度与入射角之间的函数关系，获得所述反射光对应入射光的入射角θ；

依据所述反射光的偏振方向与所述入射光所在入射面的方位角Ф相垂直，确定指向所述三角测量光路的入射面的方位角Ф；

根据所述入射光的入射角θ，以及所述入射面的方位角Ф，确定所述法向量

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述偏振度ρ与入射角θ之间的函数关系为：

其中，n为所述目标的材料相对折射率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述反射光的方向向量和所述法向量，计算所述入射光的方向向量包括：

将所述反射光的方向向量和所述法向量代入公式获得所述入射光的方向向量

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述目标为透明状态，与所述前表面相对的后表面设置有吸光层。

8.一种单表面三维重构装置，其特征在于，用于在三角测量光路中对目标的具有镜面反射的前表面进行三维重构，所述三角测量光路的发光端采用自然光作为入射光照射所述前表面，所述三角测量光路的相机端获得所述前表面所反射出的反射光，所述装置包括：

法向量计算模块，用于根据所述反射光的偏振度，计算所述反射光对应的法向量；

方向向量计算模块，用于由所述三角测量光路所预先进行的相机标定，确定出所述反射光的方向向量；利用所述反射光的方向向量和所述法向量，计算所述入射光的方向向量；

空间位置计算模块，用于根据所述三角测量光路所预先进行的发光端与相机端之间的像素点标定，确定符合所述入射光的方向向量的入射光的空间位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空间位置；

重构模块，用于根据所述入射光的空间位置和所述反射光的空间位置之间的交点，重构所述前表面。

9.一种单表面三维重构系统，其特征在于，所述系统用于对目标的具有镜面反射的前表面进行三维重构，所述系统包括：发光端、相机端，以及权利要求10所述的单表面三维重构装置；

所述发光端采用自然光作为入射光照射所述目标的前表面，所述入射光经由所述前表面反射获得反射光，所述反射光入射到所述相机端；所述入射光和所述反射光之间具有夹角；

所述单表面三维重构装置，与所述相机端连接，用于采集所述相机端所接收的反射光，以根据所述反射光对所述前表面进行重构。

10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述相机端包括相机和偏振片；

所述偏振片，设置于所述相机的入光方向，所述偏振片的表面与所述相机的像平面平行，用于通过旋转偏振角度测量所述反射光的偏振度。