[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

说明书

本发明属于光场三维重建技术领域，公开了一种基于相位相似性的光场三维重建方法及系统。方法包括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；将视差图导入到视差与深度的映射关系中得到被测物体的深度信息；根据深度信息重建被测物体的三维模型。系统包括光场相机、数字投影仪和服务器。本发明解决现有技术中对于场景单一或物体表面纹理模糊情况下视差难以得到的问题，能够精确高效地实现被测物体的三维形貌测量。

技术领域

本发明属于光场三维重建技术领域，更具体地，涉及一种基于相位相似性的光场三维重建方法及系统。

背景技术

随着制造业的迅猛发展，新一代工业技术正朝着信息化、智能化的方向发展，对空间三维信息的感知与处理已成为了智能制造的发展趋势。光学测量因其非接触式，精度高，速度快等优势，在工业上被广泛使用。光场成像技术作为成像领域的一种新兴的技术，成为了最近几年的研究热门方向。

光场成像作为一种可以同时记录光线方向和强度的多维信息获取方法，近些年成为了光学领域研究的热门方向。目前光场视差计算大多是基于极平面图像(Epipolarplane image，EPI)的方法实现的，通过计算场景的梯度和结构张量获取到极平面图中的直线斜率信息，进而得到场景视差。但对于一些场景单一或者物体表面纹理模糊的情况，会使EPI中的直线结构不清晰，难以得到准确的视差图。

发明内容

本发明通过提供一种基于相位相似性的光场三维重建方法及系统，解决现有技术中对于场景单一或物体表面纹理模糊情况下视差难以得到的问题。

本发明提供一种基于相位相似性的光场三维重建方法，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。

优选的，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。

优选的，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，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，投影的所述正弦条纹的光强函数表示为：