[发明专利]基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法和装置，通过获取光源透射于背景图像后所射出的存在折射率场时的光线和不存在折射率场时的光线所形成的空间偏折角的角度值大小；根据获取的空间偏折角的角度值大小，得出光线从背景图像照射至折射点的方向向量；根据得出的光线从背景图像照射至折射点的方向向量，确定折射点的空间坐标和折射点处切平面的法向量；基于确定的折射点的空间坐标和折射点处切平面的法向量，对折射率场进行三维表面重建。本发明提供的基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法和装置，配置简单、测量的空间分辨率高、成本低。

技术领域

本发明涉及三维空间构建领域，特别地，涉及一种基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法和装置。

背景技术

物体三维表面重建技术可以在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有十分广泛的用途，例如，工业设计、瑕疵检测、逆向工程、医学信息、游戏创作素材等等。物体三维重建技术多种多样，各种方法都有其优缺点，目前还没有通用的重建技术。目前应用最为广泛的物体三维表面重建设备主要是三维扫描仪，主要分为两类，一类是接触式三维扫描仪，另一类是非接触式三维扫描仪。目前最常用的非接触三维表面重建技术主体思路都是利用多台相机来捕获从物体表面反射光的像差信息，以及获取物体三维表面的深度信息，进而实现对物体三维表面的重建。但是，非接触式三维表面重建技术很难实现对透明物体三维表面进行重建。所以，目前人们通常利用接触式三维表面重建方法对透明物体的三维表面进行重建，但是，在现有的接触式三维表面重建方法中，测量的空间分辨率比较低，并且对于比较脆弱的待测物体测量较为困难。

因此，现有的三维表面重建方法中存在的测量空间分辨率低以及待测物体测量困难是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法和装置，以解决现有的三维表面重建方法中存在的测量的空间分辨率低以及待测物体测量困难.的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法，应用于折射率场三维表面重建系统中，折射率场三维表面重建系统包括依次安装的光源、准直透镜和相机，光源用于发出光线并将发出的光线透射于背景图像的物点上；准直透镜用于汇集穿过物点和折射率场的折射点后的光线；相机用于对准直透镜汇集后的光线形成像点；基于背景纹影技术的透明物体三维表面重建方法包括步骤：

获取光源透射于背景图像后所射出的存在折射率场时的光线和不存在折射率场时的光线所形成的空间偏折角的角度值大小；

根据获取的空间偏折角的角度值大小，得出光线从背景图像照射至折射点的方向向量；

根据得出的光线从背景图像照射至折射点的方向向量，确定折射点的空间坐标和折射点处切平面的法向量；

基于确定的折射点的空间坐标和折射点处切平面的法向量，对折射率场进行三维表面重建。

进一步地，获取光源透射于背景图像后所射出的存在折射率场时的光线和不存在折射率场时的光线所形成的空间偏折角的角度值大小的步骤包括：

获取像点与不存在折射率场时的物点两者之间的对应关系以及像点与存在折射率场时的物点两者之间的对应关系；

根据获取的像点与不存在折射率场时的物点两者之间的对应关系以及像点与存在折射率场时的物点两者之间的对应关系，确定空间偏折角的角度值大小。

进一步地，获取像点与不存在折射率场时的物点两者之间的对应关系以及像点与存在折射率场时的物点两者之间的对应关系的步骤包括：

找出与像点相对应的且不存在折射率场时的物点及与像点相对应的且存在折射率场时的物点，其中，与像点相对应的且不存在折射率场时的物点称为虚拟物点，与像点相对应的且存在折射率场时的物点称为实际物点；