[发明专利]透明目标表面三维重构方法、装置和系统

说明书

本发明实施例提供了透明目标表面三维重构方法、装置和系统，用于在三角测量光路对透明目标表面进行三维重构，通过发光端采用线光源作为入射光照射所述透明目标表面，相机端获得所述透明目标表面反射出的反射光，在进行三维重构时，根据测得的反射光的光强信息计算反射光对应的入射角；根据反射光对应的入射角及测得的入射面方位角计算反射光对应的法向量；根据反射光对应的法向量与通过对三角测量光路预先进行相机标定而确定的所述反射光的方向向量，计算入射光的方向向量；确定反射光的方向向量与入射光的方向向量的交点，以根据交点重构所述透明目标表面。通过本方案，可提高重构效率及精度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术，尤其涉及一种透明目标表面三维重构方法、装置和系统。

背景技术

三维重构是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

现有透明目标的三维重构技术中，比如可包括基于变形失真的重构方法、光路三角测量、偏振分析等方法，该些三维重构方法均关注于能量信息或几何信息中的一种，也即基于能量信息或几何信息进行计算以重构出物体的表面轮廓。

针对带有高光的透明物体，还存在基于德国GOM公司制造的ATOS三维扫描仪进行三维重构的方案，通常为在向透明物体表面喷粉以使得其表面变为漫反射后，再使用ATOS三维扫描仪对透明物体表面进行扫描，并根据扫描结果进行相关计算以对其表面进行三维重构。

此外，加拿大多伦多大学的Morris.Nigel JW和Kiriakos N.Kutulakos两个学者还提出了Scatter-Trace Photography(可简称为散射轨迹追踪摄影术)方案，可用于对内部具有非均匀介质的透明物体的表面进行三维重构，该方案主要是针对该种透明物体拍摄大量照片并追踪同一个像素在每张照片中的不同位置，再利用相关算法进行计算以对其表面进行三维重构。

但是，在上述方案中，一方面，基于能量信息或几何信息中的一种进行三维重构，均需要复杂的计算过程，影响重构效率，而且重构精度不高；

另一方面，基于ATOS三维扫描仪进行三维重构的方案，需要额外的喷粉等步骤，操作过程复杂且掺杂了人为因素，也会影响重构精度；

再一方面，采用散射轨迹追踪摄影术方案，需要拍摄大量照片并进行相关计算，操作过程较为复杂且计算量较大，重构效率较低。

发明内容

本发明提供一种透明目标表面三维重构方法、装置和系统，用于解决现有技术中针对透明目标表面三维重构的效率较低且精度不高的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种透明目标表面三维重构方法，用于在三角测量光路对透明目标表面进行三维重构，所述三角测量光路的发光端采用线光源作为入射光照射所述透明目标表面，所述三角测量光路的相机端获得所述透明目标表面反射出的反射光，所述方法包括：

根据测得的反射光的光强信息计算所述反射光对应的入射角；

根据所述反射光对应的入射角及测得的入射面方位角计算所述反射光对应的法向量；

根据所述反射光对应的法向量与通过对三角测量光路预先进行相机标定而确定的所述反射光的方向向量，计算入射光的方向向量；

确定所述反射光的方向向量与所述入射光的方向向量的交点，以根据所述交点重构所述透明目标表面。

其中，所述根据测得的反射光的光强信息计算所述反射光对应的入射角，包括：

将所述测得的反射光的光强信息带入如下公式，以求得所述反射光对应的入射角，