基于彩色图像合成的互补线移条纹高动态范围三维测量

面对具有非朗伯表面的被测物体,条纹结构光三维测量技术往往由于图像过饱和或条纹对比度过低等测量动态范围不足的问题而无法获取完整、有效的三维形貌数据。为进一步提升结构光三维测量技术的适应性,本文提出一种改进的高动态范围三维测量方法。使用相较于正弦条纹更具鲁棒性的线移条纹作为编码图案,构建互补线移条纹序列的对比度模型,通过彩色相机各个颜色通道的强度响应差异,在单次曝光时间下依据最佳对比度自适应检测合成新的线移图像,排除由于动态范围不足引入的无效或误差数据。进一步利用背景归一化统一合成图像的不同通道分量的背景,进而通过互补线移条纹对线条位置进行精确定位,解调出准确的线移条纹编码信息进行三维重建。实验结果表明,与多曝光方法相比,图像采集时间减少了82%,总重建时间减少了59%。所提出的方法能够获取表面反射特性复杂的金属工件的线条编码信息,提升高动态范围三维测量的准确性和完整性,实现高鲁棒、高效率、高精度三维测量。

基于光线模型的成像系统标定与三维测量进展

标定是成像系统执行精准视觉测量的基础,其目的在于确立三维空间物点与传感平面像点的映射关系。区别于传统的小孔透视模型,主要介绍一种光线模型用于对成像系统的标定与测量。该模型以成像系统聚焦状态下每个像素点均对应空间一条虚拟主光线为前提假设,通过确定所有像素点所对应光线方程的参数即可实现标定与成像表征,从而可避免对复杂成像系统的结构分析与建模,复杂成像系统包括光场相机、大畸变镜头与远心镜头等特殊成像系统。综述了光线模型的基本原理及其标定方法发展,并介绍本课题组基于光线模型的条纹结构光三维测量所取得的部分进展,实验结果表明光线模型可通用于对各类复杂结构成像系统的高精度测量,是校准非针孔透视成像系统的有效模型。

金属表面偏振双向反射分布函数建模与逆向绘制

提出了一种联合镜面反射和互反射的偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型。在该模型中,基于金属的微面元理论和复折射率对镜面反射分量进行建模,互反射分量则通过引入相位穆勒矩阵近似,以解决遮挡和阴影损失产生的部分光能量缺失问题。基于该金属pBRDF模型发展了一种逆向绘制方法,首先利用多视角图像获得物体的初始三维信息,然后通过构建最小化损失函数对金属偏振空间变化双向反射分布函数(SVBRDF)和法线进行联合优化,使用筛选泊松重建更新点云,通过多次迭代最终计算和恢复金属的三维、法线和偏振SVBRDF信息。实验结果表明所提模型和绘制方法可以精确地表征金属的偏振反射特性和有效绘制。