本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，尤其涉及一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

三維重構(gòu)是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型，是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，透明目標(biāo)的三維重構(gòu)技術(shù)一直是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)話題，在最近幾年中得到了不斷的發(fā)展，并提出了多種三維重構(gòu)方法，如基于變形失真的重構(gòu)方法、光路三角測(cè)量、偏振分析等方法。

但這些三維重構(gòu)方法均關(guān)注于能量信息或幾何信息中的一種，也就使得這一些三維重構(gòu)方法大都需要復(fù)雜的計(jì)算。具體來(lái)說(shuō)，在這些三維重構(gòu)方法中，偏振分析和光路三角測(cè)量由于其具有較強(qiáng)的靈活性和適用性而受到研究人員的廣泛關(guān)注。在雙表面測(cè)量中，F(xiàn)lorence Drouet等人通過(guò)點(diǎn)光源創(chuàng)新地將偏振分析和變形失真相結(jié)合來(lái)完成雙表面的測(cè)量，展現(xiàn)了很好的測(cè)量精度。另一種方法由K.N.Kutulakos等人提出基于直接光線測(cè)量的光路三角法，對(duì)復(fù)雜表面展現(xiàn)了良好的適用性。然而，偏振分析法在確定光線的法向量之后缺少必要的幾何信息，所以要進(jìn)行一系列的迭代運(yùn)算來(lái)獲取深度信息。光路三角測(cè)量方法，由于缺少能量信息，該測(cè)量需要沿著光路得到一系列不同的深度點(diǎn)，通過(guò)比較以論證正確的深度。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的透明目標(biāo)的三維重構(gòu)技術(shù)均關(guān)注于能量信息或幾何信息中的一種，導(dǎo)致計(jì)算量較大，效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法、裝置和系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行三維重構(gòu)時(shí)計(jì)算量較大，效率較低的技術(shù)問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，提供了一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法，用于利用三角測(cè)量光路對(duì)所述透明目標(biāo)的前表面和后表面進(jìn)行三維重構(gòu)，三角測(cè)量光路中的發(fā)光端以面光源形式采用自然光作為入射光照射所述透明目標(biāo)獲得反射光，所述三角測(cè)量光路中的第一相機(jī)端接收所述反射光，在入射光的透射方向，設(shè)置第二相機(jī)端以接收入射光經(jīng)由所述后表面所透射的透射光，所述方法包括：

在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)；

根據(jù)在各偏振角度下，每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)所計(jì)算出的所述前表面的反射光的偏振度，重構(gòu)所述前表面；

針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，計(jì)算出入射光經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光的空間位置；

由所述第二相機(jī)端所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出每一條透射光的方向向量；

根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與所述第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，確定對(duì)應(yīng)的符合所述透射光的方向向量的透射光的空間位置；

對(duì)于對(duì)應(yīng)同一條入射光的折射光和透射光，根據(jù)折射光的空間位置和透射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述后表面。

其中，所述根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)，可以包括：

利用所述第一相機(jī)端，測(cè)量各偏振角度θ_pol下，每一條反射光的光強(qiáng)I；

將各偏振角度θ_pol對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)I代入如下方程，求得所述前表面的反射光的光強(qiáng)I_front，

I＝I_front+I_back，

其中，為所述前表面的反射光的偏振方向，為所述后表面的反射光的偏振方向，I_front為所述前表面的反射光的光強(qiáng)，I_back為所述后表面的反射光的光強(qiáng)，I_fmax為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_fmin為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最小值，I_bmax為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_bmin為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最小值。

其中，所述根據(jù)重構(gòu)的前表面確定所述入射光在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光的空間位置，以及根據(jù)所述第二相機(jī)端確定對(duì)應(yīng)的透射光的空間位置，由兩者的交點(diǎn)重構(gòu)所述后表面，可以包括：

針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，計(jì)算出入射光經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光的空間位置；

由所述第二相機(jī)端所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出每一條透射光的方向向量；

根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與所述第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，確定對(duì)應(yīng)的符合所述透射光的方向向量的透射光的空間位置；

對(duì)于對(duì)應(yīng)同一條入射光的折射光和透射光，根據(jù)折射光的空間位置和透射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述后表面。

其中，所述根據(jù)所述三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與第一相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合所述入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空間位置，可以包括：

在所述三角測(cè)量光路中，預(yù)先對(duì)所述發(fā)光端與第一相機(jī)端之間進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得所述發(fā)光端的光源平面上各像素點(diǎn)與所述第一相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

根據(jù)所述第一相機(jī)端的像平面上對(duì)于所述反射光成像的第一像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得在所述發(fā)光端的光源平面上出射對(duì)應(yīng)入射光的第二像素點(diǎn)；

根據(jù)所述第一像素點(diǎn)位置以及所述反射光的方向向量，確定所述反射光的空間位置，以及根據(jù)所述第二像素點(diǎn)位置以及所述入射光的方向向量，確定所述入射光的空間位置。

其中，所述預(yù)先對(duì)所述發(fā)光端與第一相機(jī)端之間進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定，可以包括：

在所述三角測(cè)量光路中，采用所述發(fā)光端的光源平面向所述前表面投射編碼結(jié)構(gòu)光的方式，進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定。

其中，所述編碼可以包括格雷碼。

其中，所述由所述三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出所述反射光的方向向量，可以包括：

預(yù)先對(duì)所述三角測(cè)量光路進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定所述相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)；

將所述反射光在所述相機(jī)端的像平面上所成像的第一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中坐標(biāo)點(diǎn)，與所述像平面光心所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系坐標(biāo)點(diǎn)連線；

將所述連線的方向向量作為所述反射光的方向向量。

其中，所述根據(jù)在各偏振角度下所述前表面的反射光光強(qiáng)所計(jì)算出的偏振度，計(jì)算所述反射光對(duì)應(yīng)的法向量，可以包括：

根據(jù)在各偏振角度下所述前表面的反射光光強(qiáng)，計(jì)算反射光的偏振度ρ；

將所述反射光的偏振度ρ，代入偏振度ρ與入射角θ之間的函數(shù)關(guān)系，獲得所述反射光對(duì)應(yīng)入射光的入射角θ；

依據(jù)所述反射光的偏振方向與所述入射光所在入射面的方位角Ф相垂直，確定指向所述三角測(cè)量光路的入射面的方位角Ф；

根據(jù)所述入射光的入射角θ，以及所述入射面的方位角Ф，確定所述法向量

其中，所述偏振度ρ與入射角θ之間的函數(shù)關(guān)系可以為：

其中，n為所述透明目標(biāo)的材料相對(duì)折射率。

其中，所述利用所述反射光的方向向量和所述法向量，計(jì)算所述入射光的方向向量可以包括：

將所述反射光的方向向量和所述法向量代入公式 獲得所述入射光的方向向量

其中，所述針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，計(jì)算出入射光經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光的空間位置，可以包括：

針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，根據(jù)菲涅爾定律，計(jì)算所述入射光由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光的空間位置。

其中，所述由所述第二相機(jī)端所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出每一條透射光的方向向量，可以包括：

預(yù)先對(duì)所述第二相機(jī)端進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定所述第二相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)；

將所述透射光在所述第二相機(jī)端的像平面上所成像的第三像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，與所述像平面光心所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系坐標(biāo)點(diǎn)連線；

將連線的方向向量作為所述透射光的方向向量。

其中，所述根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與所述第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，確定對(duì)應(yīng)的符合所述透射光的方向向量的透射光的空間位置，可以包括：

預(yù)先對(duì)所述發(fā)光端與所述第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得所述發(fā)光端的光源平面上各第二像素點(diǎn)與所述第二相機(jī)端的像平面上各第三像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

根據(jù)所述第二相機(jī)端的像平面上第三像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得對(duì)應(yīng)的所述發(fā)光端的第二像素點(diǎn)；

建立由所述第二像素點(diǎn)所出射的入射光，與在所述第三像素點(diǎn)成像 的透射光之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

根據(jù)所述第三像素點(diǎn)位置以及對(duì)應(yīng)的透射光的方向向量，確定對(duì)應(yīng)的透射光的空間位置。

第二方面，提供了一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)裝置，用于對(duì)所述透明目標(biāo)的前表面和后表面進(jìn)行三維重構(gòu)，三角測(cè)量光路中的發(fā)光端采用自然光的面光源出射入射光照射所述透明目標(biāo)獲得反射光，所述三角測(cè)量光路中的第一相機(jī)端接收所述反射光，在入射光的透射方向，設(shè)置第二相機(jī)端接收入射光經(jīng)由所述后表面透射的透射光，所述裝置包括：

光強(qiáng)計(jì)算模塊，用于根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)；

前表面重構(gòu)模塊，用于根據(jù)在各偏振角度下，各條所述前表面的反射光的光強(qiáng)所計(jì)算出的各條所述前表面的反射光的偏振度，重構(gòu)所述前表面；

后表面重構(gòu)模塊，用于針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，計(jì)算出入射光經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光的空間位置；由所述第二相機(jī)端所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出每一條透射光的方向向量；根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與所述第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)所述發(fā)光端的每一條入射光，確定對(duì)應(yīng)的符合所述透射光的方向向量的透射光的空間位置；對(duì)于對(duì)應(yīng)同一條入射光的折射光和透射光，根據(jù)折射光的空間位置和透射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述后表面。

第三方面，提供了一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于利用三角測(cè)量光路對(duì)所述透明目標(biāo)的前表面和后表面進(jìn)行三維重構(gòu)，所述系統(tǒng)包括：發(fā)光端、第一相機(jī)端和第二相機(jī)端，以及第二方面所述的透明目標(biāo)的單表面三維重構(gòu)裝置；

所述發(fā)光端，以面光源形式采用自然光作為入射光照射所述透明目標(biāo)獲得反射光，所述入射光經(jīng)由所述前表面以及后表面反射獲得反射光，所述反射光入射到所述第一相機(jī)端；所述入射光和所述反射光之間具有 夾角；

所述第二相機(jī)端，設(shè)置于在所述入射光的透射方向，用于接收所述入射光經(jīng)由所述后表面所透射的透射光；

所述單表面三維重構(gòu)裝置，與所述相機(jī)端連接，用于采集所述相機(jī)端所接收的反射光，以根據(jù)所述反射光對(duì)所述前表面和后表面進(jìn)行重構(gòu)。

其中，所述第一相機(jī)端可以包括相機(jī)和偏振片；

所述偏振片，設(shè)置于所述相機(jī)的入光方向，所述偏振片的表面與所述相機(jī)的像平面平行，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振角度測(cè)量所述反射光的偏振度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法、裝置和系統(tǒng)，通過(guò)根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)，以求得前表面的反射光的偏振度。進(jìn)而在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光的偏振度所求得的法向量，結(jié)合三角測(cè)量法重構(gòu)前表面，而后，根據(jù)重構(gòu)的前表面確定入射光在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光，以及根據(jù)第二相機(jī)端確定對(duì)應(yīng)的透射光，由兩者的交點(diǎn)重構(gòu)后表面。也就是說(shuō)，一方面，利用了偏振分析方法求得了法向量，進(jìn)而求得了入射光和反射光的方向向量；另一方面，利用了三角測(cè)量方法分別確定了符合入射光方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光方向向量的反射光的空間位置。由于同時(shí)采用了三角測(cè)量方法以及偏振分析方法獲取重構(gòu)所需信息，確定出入射光的空間位置和反射光的空間位置，依據(jù)兩者交點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了三維重構(gòu)的計(jì)算步驟。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益 處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為后表面反射光對(duì)前表面反射光的影響的示意圖之一；

圖3為后表面反射光對(duì)前表面反射光的影響的示意圖之二；

圖4為前后表面反射光光強(qiáng)隨偏振角度變化關(guān)系示意圖；

圖5為偏振度ρ的示意圖；

圖6為法向量示意圖；

圖7為格雷碼像素點(diǎn)標(biāo)定的示意圖；

圖8為四幅相移條紋的示意圖；

圖9為雙表面三維重構(gòu)裝置30的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法的流程示意圖；

圖11為另一種雙表面三維重構(gòu)方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法、裝置和系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，包括：發(fā)光端10、第一相機(jī)端20、雙表面三維重構(gòu)裝置30、透明目標(biāo)40和第二相機(jī)端50。

本實(shí)施例所提供的系統(tǒng)用于對(duì)透明目標(biāo)40的前表面以及后表面進(jìn)行三維重構(gòu)。其中，前表面和后表面相對(duì)設(shè)置。

具體來(lái)說(shuō)，發(fā)光端10以面光源形式，采用自然光作為入射光R₁照射透明目標(biāo)的前表面，一方面，入射光R₁中的一部分經(jīng)由前表面反射，記為反射光R₂，另一部分在透明目標(biāo)40中折射后，由后表面反射，從而入射到第一相機(jī)端20的反射光不僅包括反射光R₂還包括后表面的反射光。如圖1所示，入射光R₁和所述反射光R₂之間具有夾角，從而發(fā)光端10、第一相機(jī)端20和透明目標(biāo)40共同構(gòu)成的三角測(cè)量光路；另一方面，入射光R₁在透明目標(biāo)40中折射后，由后表面透射，入射到第二相機(jī)端50。其中，反射光對(duì)應(yīng)的法向量為在透明目標(biāo)40中折射的折射光對(duì)應(yīng)的法向量

雙表面三維重構(gòu)裝置30與第一相機(jī)端20連接，用于采集第一相機(jī)端20所接收的反射光R₂，以根據(jù)反射光R₂對(duì)前表面進(jìn)行重構(gòu)。另外，雙表面三維重構(gòu)裝置30與第二相機(jī)端50連接，用于采集所述第二相機(jī)端50所接收的透射光R₃，以根據(jù)所述透射光R₃對(duì)所述后表面進(jìn)行重構(gòu)。

由于在對(duì)前表面進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，可通過(guò)前表面的反射光R₂的偏振度完成對(duì)前表面的重構(gòu)，但由于后表面的反射光的干擾，無(wú)法直接測(cè)得前表面的反射光R₂的偏振度，需要進(jìn)行計(jì)算，以排除干擾。本實(shí)施例中，通過(guò)分別求出各偏振角度下前表面和后表面反射光的光強(qiáng)，來(lái)提取前表面反射光強(qiáng)用于計(jì)算前表面反射光R₂的偏振度。

需要說(shuō)明的是，如圖2和圖3所示的雙表面反射光強(qiáng)示意圖，在排除干擾的過(guò)程中，由于每反射一次導(dǎo)致反射后的光強(qiáng)僅為反射前的4％左右，從而后表面二次及以上的反射光光強(qiáng)衰減嚴(yán)重，對(duì)前表面反射光的干擾較小，可以只考慮后表面一次反射的情況。

具體來(lái)說(shuō)，在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，從第一相機(jī)端20所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條前表面的反射光的光強(qiáng)。

在求解出前表面的反射光R₂的偏振度之后，雙表面三維重構(gòu)裝置30 根據(jù)前表面的反射光R₂的偏振度，計(jì)算前表面的反射光對(duì)應(yīng)的法向量進(jìn)而由三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出反射光R₂的方向向量利用反射光R₂的方向向量和所述法向量計(jì)算對(duì)應(yīng)入射光的方向向量進(jìn)而根據(jù)三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端10與第一相機(jī)端20之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光R₂的方向向量的該反射光的空間位置，由于入射光R₁和反射光R₂在前表面出發(fā)生反射，因此，在空間位置上，入射光R₁和反射光R₂之間的交點(diǎn)一定位于前表面上，據(jù)此，可以根據(jù)入射光的空間位置和反射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)前表面。

在進(jìn)行后表面重構(gòu)時(shí)，可根據(jù)重構(gòu)的前表面，確定所述入射光R₁在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光R₄的空間位置，以及根據(jù)所述第二相機(jī)50端確定對(duì)應(yīng)的透射光R₃的空間位置，由折射光R₄以及透射光R₃兩者的交點(diǎn)重構(gòu)后表面。

本實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)，以求得前表面的反射光的偏振度。進(jìn)而在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光的偏振度所求得的法向量，結(jié)合三角測(cè)量法重構(gòu)前表面，而后，根據(jù)重構(gòu)的前表面確定入射光在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光，以及根據(jù)第二相機(jī)端確定對(duì)應(yīng)的透射光，由兩者的交點(diǎn)重構(gòu)后表面。也就是說(shuō)，一方面，利用了偏振分析方法求得了法向量，進(jìn)而求得了入射光和反射光的方向向量；另一方面，利用了三角測(cè)量方法分別確定了符合入射光方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光方向向量的反射光的空間位置。由于同時(shí)采用了三角測(cè)量方法以及偏振分析方法獲取重構(gòu)所需信息，確定出入射光的空間位置和反射光的空間位置，依據(jù)兩者交點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了三維重構(gòu)的計(jì)算步驟。

需要說(shuō)明的是，在圖1所提供的系統(tǒng)中，第一相機(jī)端20和第二相機(jī)端50入光面所標(biāo)示的豎線分別用于標(biāo)示第一相機(jī)端20和第二相機(jī)端50的像平面。

實(shí)施例二

為了提高重構(gòu)效率，本實(shí)施例以及上一實(shí)施例中，發(fā)光端10均采用了面光源方式出射入射光R₁，以避免采用點(diǎn)光源時(shí)掃描的過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，發(fā)光端10的光源平面上具有多個(gè)像素點(diǎn)，這里為了與第一相機(jī)端20中相機(jī)的第一像素點(diǎn)區(qū)分，稱為第二像素點(diǎn)，光源平面上的第二像素點(diǎn)發(fā)出該入射光R₁，經(jīng)由前表面反射后，第一相機(jī)端20接收到反射光R₂。

但是，面光源一方面在提高了重構(gòu)效率的同時(shí)，也導(dǎo)致了前表面的反射光R₂與后表面的反射光重合問(wèn)題，從而第一相機(jī)端20不僅接收到前表面的反射光R₂還會(huì)接收到后表面的反射光，給反射光R₂的偏振度的計(jì)算帶來(lái)困難。

下面將就如何從第一相機(jī)端20所接收到的反射光中區(qū)分出反射光R₂的光強(qiáng)進(jìn)行介紹。

圖1中根據(jù)第一相機(jī)端20的結(jié)構(gòu)可知，第一相機(jī)端20包括相機(jī)21和偏振片22。偏振片22的表面與所述相機(jī)21的像平面平行，通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振角度θ_pol測(cè)量，測(cè)量各偏振角度θ_pol下，入射至相機(jī)21的每一條反射光的光強(qiáng)I。如圖4所示，由于前表面和后表面的反射光的光強(qiáng)隨偏振角度θ_pol周期性變化存在一定的差異，可以通過(guò)多個(gè)偏振角度θ_pol對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)I求得反射光R₂的光強(qiáng)。

具體地，將各偏振角度θ_pol對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)I代入如下方程，求得反射光R₂的光強(qiáng)I_front，

I＝I_front+I_back，

其中，為所述前表面的反射光的偏振方向，為所述后表面的反射光的偏振方向，I_front為所述前表面的反射光的光強(qiáng)，I_back為所述后表面的反射光的光強(qiáng)，I_fmax為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_fmin為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最小值，I_bmax為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_bmin為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最小值。

進(jìn)而，根據(jù)在各偏振角度θ_pol下反射光R₂光強(qiáng)，計(jì)算出偏振度ρ。

在求得反射光R₂的偏振度ρ之后，可以計(jì)算反射光R₂對(duì)應(yīng)的法向量，在計(jì)算過(guò)程中，為了簡(jiǎn)便，這里將每一條入射光R₁對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)出該光線的第二像素點(diǎn)，以及將每一條反射光R₂對(duì)應(yīng)一個(gè)接收該光線的第一像素點(diǎn)。為了進(jìn)行前表面重構(gòu)，我們需要確定每一條入射光R₁所對(duì)應(yīng)的反射光R₂，以及入射光R₁和對(duì)應(yīng)的反射光R₂的空間位置，以確定兩者之間的交點(diǎn)。下面我們以一條入射光R₁以及所對(duì)應(yīng)的反射光R₂為例，對(duì)重構(gòu)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。由于在圖1所示的系統(tǒng)中，在發(fā)射方向上，當(dāng)一束自然光在被測(cè)表面上發(fā)生鏡面反射時(shí)，自然光由于光波中的P波和S波的反射率不同，自然光的入射光R₁所反射的反射光R₂會(huì)變?yōu)椴糠制窆?，且反射光R₂主要含有S波的偏振光?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)第一相機(jī)端20入光方向上所設(shè)置的偏振片22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，確定各偏振角度的光強(qiáng)。圖5為偏振度ρ的示意圖，如圖5所示，可以根據(jù)各偏振角度的光強(qiáng)，計(jì)算出反射光R₂的偏振度ρ。

具體地，根據(jù)菲涅爾公式，可以獲得偏振度ρ與入射角θ之間的函數(shù)關(guān)系：

其中，n為所述透明目標(biāo)的材料相對(duì)折射率。并根據(jù)如圖1所示的系統(tǒng)，該系統(tǒng)所搭建的入射角θ通常小于布儒斯特角，便可以唯一確定出入射角θ。

但確定入射角θ之后，還需要確定入射面的方位角Ф，才能夠確定出法向量而對(duì)于入射面方位角Ф可以基于反射光S波的特性，具體來(lái)說(shuō)，因?yàn)殓R面反射中，S波占據(jù)有反射光R₂的主要成分，因此，使得反射光R₂的偏振方向與入射面的方位角Ф具有相互垂直的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振片，找到光強(qiáng)最強(qiáng)的方向，這個(gè)方向便為反射光R₂的偏振方向。圖6為法向量示意圖，如圖6所示，在圖1所示的系統(tǒng)中，可以確定入射面的方位角Ф應(yīng)當(dāng)朝向反射方向上的發(fā)光端10和相機(jī)21，而不是與之相背對(duì)。可以由此唯一確定出入射面的方位角Ф。

在獲得入射角θ和入射面的方位角Ф之后，可以代入到如下公式中：

計(jì)算獲得法向量

進(jìn)而，依據(jù)預(yù)先對(duì)三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出反射光的方向向量。具體地，預(yù)先在所述三角測(cè)量光路中，對(duì)第一相機(jī)端20進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定第一相機(jī)端20的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，將反射光R₁在第一相機(jī)端20的像平面上所成像的第一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中坐標(biāo)點(diǎn)，與像平面光心所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系坐標(biāo)點(diǎn)連線，將連線的方向向量作為反射光的方向向量

進(jìn)而，利用反射光的方向向量和法向量計(jì)算入射光的方向向量具體地，將反射光的方向向量和法向量代入公式獲得所述入射光的方向向量

然后，可以根據(jù)三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端10與第一相機(jī)端20之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空間位置。

具體來(lái)說(shuō)，在三角測(cè)量光路中，預(yù)先對(duì)發(fā)光端10與第一相機(jī)端20之間進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得發(fā)光端10的光源平面上各像素點(diǎn)與第一相機(jī)端20的像平面上各像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)第一相機(jī)端20的像平面上對(duì)于所述反射光R₂成像的第一像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得在所述發(fā)光端10的光源平面上出射對(duì)應(yīng)入射光的第二像素點(diǎn)。根據(jù)第一像素點(diǎn)位置以及反射光的方向向量確定所述反射光R₂的空間位置，以及根據(jù)所述第二像素點(diǎn)位置以及所述入射光的方向向量 確定所述入射光R₁的空間位置。

根據(jù)入射光R₁的空間位置和反射光R₂的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)前表面。

這里僅描述了一條入射光R₁以及所對(duì)應(yīng)的反射光R₂，在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)全部入射光R₁以及所對(duì)應(yīng)的反射光R₂進(jìn)行求解，才能夠?qū)η氨砻孢M(jìn)行完整重構(gòu)。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中，在進(jìn)行發(fā)光端10與相機(jī)端20之間的像素點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，考慮到透明目標(biāo)具有強(qiáng)烈的內(nèi)反射，采用了向透明目標(biāo)投射格雷碼的方式，計(jì)算出第二像素中的直接成分和間接成分，比較光強(qiáng)與二者組成區(qū)間的關(guān)系，確定像素的0，1值，得到部分第一像素和第二像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)掩膜和迭代方式完成剩余像素之間的匹配。圖7為格雷碼像素點(diǎn)標(biāo)定的示意圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用其他編碼結(jié)構(gòu)光，本實(shí)施例中對(duì)此不做限定。

在完成對(duì)前表面的重構(gòu)之后，還需要對(duì)后表面進(jìn)行重構(gòu)。下面將對(duì)重構(gòu)后表面的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

首先，在第二相機(jī)端50的像平面上具有多個(gè)第三像素點(diǎn)，透射光R₃通過(guò)第三像素點(diǎn)成像，這里采用了預(yù)先對(duì)第二相機(jī)端50進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定的方式，從而確定每一個(gè)第三像素點(diǎn)所成像的透射光R₃的方向向量。

具體地，預(yù)先對(duì)第二相機(jī)端50進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定第二相機(jī)端50的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，將透射光R₃在第二相機(jī)端50的像平面上所成像的第三像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，與第二相機(jī)端50的像平面光心所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)連線，連線的方向向量便為該透射光的方向向量

其次，根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端10與第二相機(jī)端50之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)發(fā)光端10第二像素點(diǎn)發(fā)出的每一條入射光R₁，確定對(duì)應(yīng)的第三像素點(diǎn)所成像的透射光的空間位置。

具體地，預(yù)先對(duì)發(fā)光端10與第二相機(jī)端50之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得發(fā)光端10的光源平面上各第二像素點(diǎn)與第二相機(jī)端50的像平面上各第三像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)第二相機(jī)端50的像平面上對(duì)于透射光R₄成像的第三像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得所述發(fā)光端10的光源平面上的第二像素點(diǎn)。建立由第二像素點(diǎn)所出射的入射光R₁，與在所述第三像素點(diǎn)成像的透射光R₃之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)第三像素點(diǎn)位置以及對(duì)應(yīng)的透射光的方向向量確定對(duì)應(yīng)的透射光R₃的空間位置。

需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行發(fā)光端10與第二相機(jī)端50之間的像素點(diǎn)標(biāo) 定時(shí)，考慮到透射方向上的光強(qiáng)衰減小于反射方向上的光強(qiáng)衰減，從而可以采用發(fā)光端10向透明目標(biāo)40透射相移條紋方式實(shí)現(xiàn)像素匹配。圖8為四幅相移條紋的示意圖，通過(guò)透射圖8所示的相移條紋，便可以使得發(fā)光端10的每一個(gè)第二像素點(diǎn)與第二相機(jī)端50的每一個(gè)第三像素點(diǎn)均具有了水平、豎直相位，通過(guò)相位匹配，便可以完成第二像素點(diǎn)與第三像素點(diǎn)之間的標(biāo)定。

進(jìn)而，針對(duì)發(fā)光端10的每一條入射光R₁，計(jì)算出入射光R₁經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)40中的折射光R₄的空間位置。

具體地，通過(guò)如下公式計(jì)算折射光R₄：

其中，b＝n²+c²-1＝n²+cos²θ-1。將進(jìn)行前表面重構(gòu)時(shí)所獲得的入射角θ，透明目標(biāo)的材料相對(duì)折射率n，以及法向量代入前述公式，便可以求得入射光的方向向量所對(duì)應(yīng)的折射光的方向向量由于在前表面重構(gòu)時(shí)已求得入射光R₁與反射光R₂的交點(diǎn)，且折射光R₄也經(jīng)過(guò)該交點(diǎn)，因此，可以由該交點(diǎn)的位置確定折射光R₄的空間位置。

最后，對(duì)于對(duì)應(yīng)同一條入射光R₁的折射光R₄和透射光R₃，根據(jù)折射光R₄的空間位置和透射光的空間位置R₃之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述后表面。

實(shí)施例三

為了清楚說(shuō)明前述實(shí)施例中，所提及的雙表面三維重構(gòu)裝置30，圖9為雙表面三維重構(gòu)裝置30的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，雙表面三維重構(gòu)裝置30包括：光強(qiáng)計(jì)算模塊31，前表面重構(gòu)模塊32，后表面重構(gòu)模塊33。

光強(qiáng)計(jì)算模塊31，用于在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)。

前表面重構(gòu)模塊32，用于根據(jù)在各偏振角度下所述前表面的反射光光強(qiáng)所計(jì)算出的偏振度，計(jì)算所述反射光對(duì)應(yīng)的法向量；由所述三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出所述反射光的方向向量；利用所述反射光的方向向量和所述法向量，計(jì)算所述入射光的方向向量；根據(jù)所述三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與第一相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合所述入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空間位置；根據(jù)所述入射光的空間位置和所述反射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述前表面。

后表面重構(gòu)模塊33，用于根據(jù)重構(gòu)的前表面確定所述入射光在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光的空間位置，以及根據(jù)所述第二相機(jī)端確定對(duì)應(yīng)的透射光的空間位置，由兩者的交點(diǎn)重構(gòu)所述后表面。

雙表面三維重構(gòu)裝置30主要用于在三角測(cè)量光路中對(duì)所述透明目標(biāo)的前表面和后表面進(jìn)行三維重構(gòu)，其中，三角測(cè)量光路中的發(fā)光端采用自然光的面光源出射入射光照射所述透明目標(biāo)獲得反射光，所述三角測(cè)量光路中的第一相機(jī)端接收所述反射光，在入射光的透射方向，設(shè)置第二相機(jī)端接收入射光經(jīng)由所述后表面透射的透射光。

由于雙表面三維重構(gòu)裝置30一方面，利用了偏振分析方法求得了法向量，進(jìn)而求得了入射光和反射光的方向向量；另一方面，利用了三角測(cè)量方法分別確定了符合入射光方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光方向向量的反射光的空間位置。由于同時(shí)采用了三角測(cè)量方法以及偏振分析方法獲取重構(gòu)所需信息，確定出入射光的空間位置和反射光的空間位置，依據(jù)兩者交點(diǎn)對(duì)前表面進(jìn)行重構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了三維重構(gòu)的計(jì)算步驟。

實(shí)施例四

本實(shí)施例提供了一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法，用于在如圖1所提供的系統(tǒng)中，進(jìn)行透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)。本實(shí)施例所提供的方法可以具體由圖1中第一相機(jī)端20和第二相機(jī)端50的處理器執(zhí)行，也可以由雙表面三維重構(gòu)裝置30執(zhí)行，本實(shí)施例中對(duì)此不作限定。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種透明目標(biāo)的雙表面三維重構(gòu)方法的流程示意圖，如圖10所示，方法包括：

步驟401，在三角測(cè)量光路中，根據(jù)前表面的反射光光強(qiáng)與偏振角度之間的關(guān)系，以及后表面的反射光光強(qiáng)與所述偏振角度之間的關(guān)系，從所述第一相機(jī)端所測(cè)得的各偏振角度下每一條反射光的光強(qiáng)中，確定出各偏振角度下每一條所述前表面的反射光的光強(qiáng)。

具體地，利用所述第一相機(jī)端，測(cè)量各偏振角度θ_pol下，每一條反射光的光強(qiáng)I；

將各偏振角度θ_pol對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)I代入如下方程，求得所述前表面的反射光的光強(qiáng)I_fort，

I＝I_front+I_back，

其中，為所述前表面的反射光的偏振方向，為所述后表面的反射光的偏振方向，I_front為所述前表面的反射光的光強(qiáng)，I_back為所述后表面的反射光的光強(qiáng)，I_fmax為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_fmin為所述前表面的反射光的光強(qiáng)最小值，I_bmax為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最大值，I_bmin為所述后表面的反射光的光強(qiáng)最小值。

步驟402，根據(jù)在各偏振角度下所述前表面的反射光光強(qiáng)所計(jì)算出的偏振度，計(jì)算所述反射光對(duì)應(yīng)的法向量。

具體地，將測(cè)量所獲得的所述反射光的偏振度ρ，代入偏振度與入射角之間的函數(shù)關(guān)系，獲得所述反射光對(duì)應(yīng)入射光的入射角θ；依據(jù)所述反射光的偏振方向與所述入射光所在入射面的方位角Ф相垂直，確定指向所述三角測(cè)量光路的入射面的方位角Ф；根據(jù)所述入射光的入射角θ，以及所述入射面的方位角Ф，確定所述法向量

其中，偏振度ρ與入射角θ之間的函數(shù)關(guān)系為：

n為所述透明目標(biāo)的材料相對(duì)折射率。

步驟403，由三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出反射光的 方向向量。

具體地，預(yù)先對(duì)所述三角測(cè)量光路進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定所述第一相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)；將所述反射光在所述第一相機(jī)端的像平面上所成像的第一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，與該像平面光心對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)連線；將所述連線的方向向量作為所述反射光的方向向量。

步驟404，利用反射光的方向向量和法向量，計(jì)算入射光的方向向量。

具體地，將所述反射光的方向向量和所述法向量代入公式 獲得所述入射光的方向向量

步驟405，根據(jù)所述三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與第一相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合所述入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合所述反射光的方向向量的反射光的空間位置。

具體地，在所述三角測(cè)量光路中，預(yù)先對(duì)所述發(fā)光端與第一相機(jī)端之間進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得所述發(fā)光端的光源平面上各像素點(diǎn)與所述第一相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)所述第一相機(jī)端的像平面上對(duì)于所述反射光成像的第一像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得在所述發(fā)光端的光源平面上出射對(duì)應(yīng)入射光的第二像素點(diǎn)。根據(jù)所述第一像素點(diǎn)位置以及所述反射光的方向向量，確定所述反射光的空間位置，以及根據(jù)所述第二像素點(diǎn)位置以及所述入射光的方向向量，確定所述入射光的空間位置。

可選地，預(yù)先對(duì)所述發(fā)光端與第一相機(jī)端之間進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定可以采用在所述三角測(cè)量光路中，采用所述發(fā)光端的光源平面向所述前表面投射編碼結(jié)構(gòu)光的方式，進(jìn)行像素點(diǎn)標(biāo)定。其中，編碼包括格雷碼。

步驟406，根據(jù)所述入射光的空間位置和所述反射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述前表面。

步驟407，根據(jù)重構(gòu)的前表面確定所述入射光在透明目標(biāo)內(nèi)的折射光的空間位置，以及根據(jù)所述第二相機(jī)端確定對(duì)應(yīng)的透射光的空間位置，由兩者的交點(diǎn)重構(gòu)所述后表面。

本實(shí)施例中，通過(guò)在三角測(cè)量光路中，測(cè)量透明目標(biāo)前表面反射光的偏振度之后，根據(jù)偏振度計(jì)算出該反射光對(duì)應(yīng)的法向量，進(jìn)而由三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的相機(jī)標(biāo)定，確定出該反射光的方向向量，以及利用反射光的方向向量和前述步驟中所獲得的法向量，計(jì)算入射光的方向向量。在分別獲得入射光和反射光的方向向量之后，根據(jù)三角測(cè)量光路所預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，確定符合該入射光的方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光的方向向量的反射光的空間位置，以根據(jù)入射光的空間位置和反射光的空間位置之間的交點(diǎn)，重構(gòu)前表面。也就是說(shuō)，一方面，利用了偏振分析方法求得了法向量，進(jìn)而求得了入射光和反射光的方向向量；另一方面，利用了三角測(cè)量方法分別確定了符合入射光方向向量的入射光的空間位置，以及符合反射光方向向量的反射光的空間位置。由于同時(shí)采用了三角測(cè)量方法以及偏振分析方法獲取重構(gòu)所需信息，確定出入射光的空間位置和反射光的空間位置，依據(jù)兩者交點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了三維重構(gòu)的計(jì)算步驟。

實(shí)施例五

為了對(duì)上一實(shí)施例中的步驟407進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例提供了另一種雙表面三維重構(gòu)方法的流程示意圖，如圖11所示，步驟407具體包括如下步驟：

步驟4071，預(yù)先對(duì)第二相機(jī)端進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，以確定在第二相機(jī)端的像平面上，每一個(gè)第三像素點(diǎn)所成像的透射光R₃的方向向量。

具體地，預(yù)先對(duì)第二相機(jī)端進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定第二相機(jī)端的像平面上各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，將透射光R₃在第二相機(jī)端的像平面上所成像的第三像素點(diǎn)，與第三像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)連線，連線的方向向量便為該透射光的方向向量

步驟4072，根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的發(fā)光端與第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，針對(duì)發(fā)光端第二像素點(diǎn)發(fā)出的每一條入射光R₁，確定對(duì)應(yīng)的第三像素點(diǎn)所成像的透射光的空間位置。

具體地，預(yù)先對(duì)發(fā)光端與第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定，獲得發(fā)光 端的光源平面上各第二像素點(diǎn)與第二相機(jī)端的像平面上各第三像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)第二相機(jī)端的像平面上對(duì)于透射光R₄成像的第三像素點(diǎn)，查詢像素點(diǎn)標(biāo)定所獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得所述發(fā)光端的光源平面上的第二像素點(diǎn)。建立由第二像素點(diǎn)所出射的入射光R₁，與在所述第三像素點(diǎn)成像的透射光R₃之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)第三像素點(diǎn)位置以及對(duì)應(yīng)的透射光的方向向量確定對(duì)應(yīng)的透射光R₃的空間位置。

需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行發(fā)光端與第二相機(jī)端之間的像素點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，考慮到透射方向上的光強(qiáng)衰減小于反射方向上的光強(qiáng)衰減，從而可以采用發(fā)光端向透明目標(biāo)透射相移條紋方式實(shí)現(xiàn)像素匹配。通過(guò)透射相移條紋，便可以使得發(fā)光端的每一個(gè)第二像素點(diǎn)與第二相機(jī)端的每一個(gè)第三像素點(diǎn)均具有了水平、豎直相位，通過(guò)相位匹配，便可以完成第二像素點(diǎn)與第三像素點(diǎn)之間的標(biāo)定。

步驟4073，針對(duì)發(fā)光端的每一條入射光R₁，計(jì)算出入射光R₁經(jīng)由重構(gòu)的前表面折射，在所述透明目標(biāo)中的折射光R₄的空間位置。

具體地，通過(guò)如下公式計(jì)算折射光R₄：

其中，b＝n²+c²-1＝n²+cos²θ-1。將進(jìn)行前表面重構(gòu)時(shí)所獲得的入射角θ，透明目標(biāo)的材料相對(duì)折射率n，以及法向量代入前述公式，便可以求得入射光的方向向量所對(duì)應(yīng)的折射光的方向向量由于在前表面重構(gòu)時(shí)已求得入射光R₁與反射光R₂的交點(diǎn)，且折射光R₄也經(jīng)過(guò)該交點(diǎn)，因此，可以由該交點(diǎn)的位置確定折射光R₄的空間位置。

步驟4074，對(duì)于對(duì)應(yīng)同一條入射光R₁的折射光R₄和透射光R₃，根據(jù)折射光R₄的空間位置和透射光的空間位置R₃之間的交點(diǎn)，重構(gòu)所述后表面。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成。前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁 碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。