[发明专利]一种用于高反光材质复杂物体成像的图像序列采集系统及其三维形貌重建方法

权利要求书

1.一种对高反光材质复杂物体进行三维形貌重建的方法，其特征在于，包括用于高反光材质复杂物体成像的图像序列采集系统，该系统包括线性电动滑台(1)、相机(2)、照明装置(3)、物镜(4)、锁紧器(5)和支撑图像序列采集系统的支架(6)；

所述锁紧器(5)的左侧与支架(6)旋转锁紧，所述线性电动滑台(1)的左侧与锁紧器(5)的右侧通过螺丝固定，所述相机(2)的左侧与线性电动滑台(1)的右侧通过螺丝固定，用于带动相机(2)上下移动，所述相机(2)的下方与照明装置(3)旋转锁紧，所述照明装置(3)的下方与物镜(4)旋转锁紧，所述支架(6)的水平基座区域用于放置高反光材质的待测物体；

所述线性电动滑台(1)通过电线与计算机连接，用于驱动线性电动滑台(1)上下移动，所述相机(2)通过电线与计算机连接，用于相机(2)供电和发送采集信号；

所述照明装置(3)包括LED光源(7)、半反射透镜(8)和封装照明装置的外壳(9)，所述LED光源(7)固定安装在照明装置(3)的水平筒末端，所述半反射透镜(8)固定安装在照明装置(3)的垂直筒与水平筒相交的区域，所述外壳(9)通过电线与电脑相连，用于照明装置的供电；

该方法包括以下步骤：

步骤1，多景深图像序列采集步骤：通过控制所述线性电动滑台(1)带动相机(2)在预定行程中上下等间隔移动，相机(2)在每次线性电动滑台(1)位置下采集包含高反光材质待测物体信息的图像，构成用于三维形貌重建使用的不同景深图像序列其中i表示图像数，其取值范围为1≤i≤Z，x,y表示图像的位置，其取值范围分别为0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

步骤2，图像序列预处理步骤：计算图像序列中每幅图像I_i中的最大值，根据式(1)计算每幅图像I_i的拉伸系数k_i，然后根据式(2)将每幅图像与对应的拉伸系数相乘得到拉伸后的图像序列

G_i(x,y)＝I_i(x,y)*k_i,0≤x≤M-1,0≤y≤N-1,1≤i≤Z (2)

其中Max(I_i)为计算图像I_i中最大灰度值函数；

步骤3，图像序列聚焦水平测量步骤：根据式(3)计算大小为n×n的初始聚焦水平测量算子r(x_f,y_f)的值；

其中x_f,y_f表示初始聚焦水平测量算子r(x_f,y_f)的位置且其取值范围为-n≤x_f,y_f≤n，e为自然对数；

然后根据式(4)更新初始聚焦水平算子r(x_f,y_f)中心位置的值，得到聚焦水平测量算子M(x_f,y_f)；

其中sum(·)为求和函数，用于求取聚焦水平测量算子M(x_f,y_f),-n≤x_f,y_f≤n中所有元素的和；

最后，根据式(5)将拉伸后的图像序列与聚焦水平测量算子M(x_f,y_f)进行卷积运算，得到每幅图像的聚焦测量水平

其中*为卷积操作符；

步骤4，初始三维形貌重建步骤；根据式(6)计算步骤3得到的Z幅图像中每个像素位置x,y的聚焦测量水平最大值所对应的位置，输出所有位置对应值得到高反光待测物体的初始三维形貌重建结果DepthInit(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

其中argmax(·)为最大值自变量点集函数；

步骤5，深度图像滤波步骤；将步骤4得到的初始三维形貌重建结果DepthInit(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1通过式(7)进行频域滤波处理得到高反光待测物体最终的三维形貌重建结果Depth(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1；

Depth(x,y)＝F^-1(F(DepthInit(x,y))*h(x,y)),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1 (7)

其中F为傅里叶变换操作符，F^-1为傅里叶反变换操作符，h(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1为滤波器，*为卷积操作符。