[发明专利]一种针对镜面反射特性的均匀光学系及其构建方法

说明书

本发明公开了一种针对镜面反射特性的均匀光学系统及其构建方法，所述光学系统包括相机，透镜，同轴灯，圆顶灯以及PCB印刷电路板，并根据顺序从上到下依次连接。本发明提出的针对镜面反射特性的均匀光学系统解决方案，其光学系统由两种类型的光构成——半球形圆顶灯和同轴灯。半球形圆顶灯有一个光圈和一个漫射器用于实现均匀性，并将光直接发射到物体上。所述方法的基本概念是，如果确定圆顶灯和半径，然后确定同轴灯的大小可以计算出位置。基于这套解决方案，可以将不均匀性降至最低从而获得高分辨率的图像，并提高三维重建数据的准确性，即使对于具有镜面反射特性的对象也是如此。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，特别涉及一种针对镜面反射特性的均匀光学系统的设计方法。

背景技术

光度技术是一种通过分析强度对物体图像进行三维重建的方法使用固定对象拍摄多幅图像。在这种技术中，张力精度与3D数据精度直接相关。此外，如果对象具有镜面反射特性，环境会影响采集图像的强度。

人们已经做出各种尝试来解决物体的问题有镜面反射。有一种算法分类和避免的方法镜面反射区域。在分析镜面反射区域后，它由非镜面反射元素补充。这意味着如果光源的高光出现在某个地方，可以使用其他图像。之后，有人提出了一种恢复区域的方法通过变换颜色坐标系来突出显示。这该技术在转换图像时保持图像中的着色信息颜色坐标系。与前一种方法相比，该方法具有更高的精度无需额外图像，即可避免高光效果。

最近，有人提出了一个模型，可以同时利用漫反射元素和镜面反射元素，以及基于Blinn-Phong着色模型的新数学公式。基本的其概念是，高光出现的区域表示光的方向，通过它，物体的表面被重建为划分观察者方向的向量。这种方法也可以在没有额外图像的情况下形成三维重建。

然而，由于之前的方法都是为了恢复通过光源高亮显示的区域，仍然缺少具有强镜面反射特性。在镜面反射特性中，由于物体反映了周围环境的元素，除了亮点之外，还会出现各种各样的问题。因此，要准确的重建数据，有必要创造一个环境其中不存在不均匀性。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种针对镜面反射特性的均匀光学系及其构建方法，通过搭建由半球形圆顶灯和同轴灯构成的光学系统，获得针对镜面反射特性的均匀光学系统解决方案。

为实现上述目的，本发明提供的方案是：

一种针对镜面反射特性的均匀光学系统，包括相机，透镜，同轴灯，圆顶灯以及PCB印刷电路板，并根据顺序从上到下依次安装。所述圆顶灯顶部设有一个孔，所述孔位于同轴灯输出的方向上。

一种针对镜面反射特性的均匀光学系统的搭建方法，包括如下步骤：

步骤一，推导最佳顶灯半径：

先确定所需同轴灯的尺寸(a)和视野范围(FOV，d)，建立一个3D模型，通过分析镜面反射对象的3D轮廓重建数据得出所需圆顶灯的尺寸范围，根据实验需要确定实验所用的圆顶灯半径(b)。

步骤二，推导圆顶灯的孔径大小：

确定实验所需的同轴灯尺寸(a)、圆顶灯尺寸(b)和视野范围(FOV，d)，根据数学公式推导出圆顶灯的孔径(e)。

步骤三，圆顶灯高度损失的计算：

根据图解法推导出的数学公式计算出圆顶灯光圈造成的高度损失z。

步骤四：同轴光的尺寸计算：

根据图解法推导出的数学公式计算出同轴光的尺寸x。

步骤五：扩散器孔径半径的计算：

根据图解法推导出的数学公式计算出扩散器半径和PCB半径之间的最佳差值y。

步骤六，根据计算所得数据，搭建光学系统。