[发明专利]一种基于相位相似性的光场三维重建方法及系统

权利要求书

1.一种基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

对光场相机进行标定，结合光场相机的成像模型，得到视差与深度的映射关系；

投影正弦条纹到被测物体的表面，在光场EPI中计算相位信息，基于相位相似性得到被测物体的视差图；

将所述视差图导入到所述视差与深度的映射关系中，得到被测物体的深度信息；

根据所述深度信息重建被测物体的三维模型；

其中，所述在光场EPI中计算相位信息，基于相位相似性得到被测物体的视差图的具体实现方式为：

记录正弦条纹经过被测物体的表面调制后的相位信息；基于相移原理对包裹相位进行求解；基于多频外差原理对包裹相位进行相位解包裹，得到相位展开的光场数据；

对所述相位展开的光场数据进行EPI计算，用所述相位信息替代EPI中的图像梯度和结构张量，提取EPI中每一个像素点所对应的直线，并计算得到每一个像素点所在直线的斜率，基于像素点的斜率信息得到被测物体的视差图。

2.根据权利要求1所述的基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，采用张正友标定法，通过拍摄不同位姿的棋盘格对光场相机进行标定，得到光场相机的内外参数。

3.根据权利要求1所述的基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，所述视差与深度的映射关系表示为：

式中，z^c表示被测物体的深度，u表示被测物体在光场相机的主透镜聚焦平面上的投影到光场相机的主透镜之间的距离，b表示光场相机中微透镜阵列与图像传感器之间的距离，d表示光场相机中两相邻微透镜中心之间的距离，q表示光场相机的图像传感器上像素的大小，v表示成像平面到主透镜之间的距离，Δx表示被测物体的真实位置在光场相机的两个相邻子孔径图中的视差值。

4.根据权利要求1所述的基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，得到视差与深度的映射关系之后，还包括：采用列文伯格-马夸尔特算法对所述视差与深度的映射关系进行误差最小化优化。

5.根据权利要求1所述的基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，投影的所述正弦条纹的光强函数表示为：

式中，I(x,y)为(x,y)处的光强函数，a(x,y)为(x,y)处的背景强度，b(x,y)为(x,y)处的调制强度，φ(x,y)为(x,y)处的相位值，为相移值。

6.根据权利要求1所述的基于相位相似性的光场三维重建方法，其特征在于，所述计算得到每一个像素点所在直线的斜率的具体实现方式为：

在EPI中的其他像素行中搜索与目标像素点的相位值相似度最高的像素点，并记录下这些像素点的位置；然后经过线性拟合得到目标像素点在EPI中所在直线的斜率。

7.一种基于相位相似性的光场三维重建系统，其特征在于，包括：光场相机、数字投影仪和服务器；

所述光场相机用于对标定过程中的棋盘格图像进行采集和对经相位编码后的被测物体图像进行采集；

所述数字投影仪用于投影正弦条纹到被测物体的表面；

所述服务器用于控制所述数字投影仪、进行光场数据的解码和运算；

所述基于相位相似性的光场三维重建系统用于实现如权利要求1-6中任一项的所述基于相位相似性的光场三维重建方法中的步骤。

8.根据权利要求7所述的基于相位相似性的光场三维重建系统，其特征在于，还包括：平移台和支架；所述平移台和所述支架均用于固定所述光场相机和所述数字投影仪。