[发明专利]一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法

权利要求书

1.一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，所述双楔形棱镜包括呈中心对称布置的第一棱镜和第二棱镜，单个相机位于第一棱镜的一侧，目标物位于第二棱镜的一侧，第一棱镜与光轴的交点处设有虚拟针孔，其特征在于，该方法包括多视角元素图像的获取和三维图像重建两个过程：

所述多视角元素图像的获取过程包括：利用双楔形棱镜对光束的折射效果，保持相机和第一棱镜静止不动，通过将第二棱镜沿着光轴的一维运动，间歇性获取作为3D场景的目标物的横向透视和纵向透视的多视角元素图像；

所述三维图像重建过程包括：根据反投影算法，将所记录的元素图像通过虚拟针孔反投影到虚拟空间场景中，并将放大和移位的元素图像叠加在同一重建平面上，选取新重叠区域的像素平均值以形成三维图像重建图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，其特征在于，所述重建平面位于第二棱镜的一侧且其与第一棱镜平面侧的距离等于目标物与第一棱镜平面侧的距离，所述三维图像重建过程中选择第一张元素图像作为参考图像。

3.根据权利要求2所述的一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，其特征在于，所述三维图像重建图像为：

其中，R(x,y,z_k)是所有放大和移位后的元素图像的平均值，设双楔形棱镜的竖直方向为X轴方向，光轴方向为Z轴方向，x、y分别表示三维图像重建图像的x坐标和y坐标，K表示获取的元素图像总数，E_k表示获取的第k张元素图像，d_k表示获取第k张元素图像时两个棱镜平面侧之间的距离，θ_dk表示获取第k张元素图像时楔面侧的光束与光轴的夹角；表示第k张元素图像相对于第1张元素图像的相对放大率，z₀表示目标物与第一棱镜平面侧在光轴方向上的距离。

4.根据权利要求3所述的一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，其特征在于，所述获取第k张元素图像时楔面侧的光束与光轴的夹角θ_dk为：

θ_dk≈(n-1)α+θ_ik

其中，θ_ik表示获取第k张元素图像时两个棱镜平面侧的光束与光轴的夹角，n表示棱镜材料的折射率，α表示棱镜的楔角。

5.根据权利要求4所述的一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，其特征在于，所述获取第k张元素图像时两个棱镜平面侧的光束与光轴的夹角θ_ik为：

其中，x_k表示获取第k张元素图像时目标物发出的光束经过双楔形棱镜的折射在相机的图像传感器上时在X轴方向上的像素坐标，g表示第一棱镜平面侧与图像传感器之间的距离，μ表示元素图像的像素大小。

6.根据权利要求1所述的一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，其特征在于，所述相机设有CCD图像传感器，在所述多视角元素图像的获取过程中对每个CCD图像传感器考虑针孔近似。