三维成像装置以及方法与流程

本发明属于三维成像，具体而言，尤其涉及三维成像装置以及方法。

背景技术：

1、随着相机成像技术的发展，人们所追求的成像不再局限于二维平面之中，三维立体成像技术由此逐渐发展。目前的三维立体成像技术中，主动成像技术对于透明和光滑(高反光)的物体表面难以重建，容易受到外在环境和光源变化的干扰。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了三维成像装置以及方法，用于解决相关技术中重建物体表面的准确度较低的技术问题。

2、根据本申请实施例的一个方面，提供了三维成像装置，该装置包括：

3、透镜组，透镜组用于聚集光束，以输出朝向第一方向的第一光束和第二光束；

4、分光棱镜组，包括第一分光棱镜和第二分光棱镜，设置于透镜组输出光束的一侧，第一分光棱镜用于对第一光束进行透射和反射，以输出朝向第一方向的第一透射光束以及朝向第二方向的第一反射光束；第二分光棱镜用于对第二光束进行透射和反射，以输出朝向第一方向的第二透射光束以及朝向第二方向的第二反射光束；第一方向和第二方向具有预设夹角；

5、偏振片组，包括至少三个偏振片，至少三个偏振片设置于分光棱镜组输出光束的一侧，其中至少一个偏振片设置于分光棱镜组输出透射光束的一侧，至少一个偏振片设置于分光棱镜组输出反射光束的一侧；透射光束包括第一透射光束和第二透射光束，反射光束包括第一反射光束和第二反射光束；偏振片组用于将透射光束或反射光束转换为预设偏振角度的偏振光；

6、传感器组，包括至少三个传感器，传感器的位置与偏振片的位置对应，传感器用于获取偏振片输出的预设偏振角度的偏振光以形成图像。

7、在本申请的一种实施例中，透镜组包括第一透镜和第二透镜；偏振片组包括第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；传感器组包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；沿第一方向，第一透镜、第一分光棱镜、第一偏振片和第一传感器的中心位于同一轴线，以及第二透镜、第二分光棱镜、第二偏振片和第二传感器的中心位于同一轴线；沿第二方向，第一分光棱镜、第三偏振片和第三传感器的中心位于同一轴线，或者第二分光棱镜、第三偏振片和第三传感器的中心位于同一轴线。

8、在本申请的一种实施例中，透镜组包括第一透镜和第二透镜；偏振片组包括第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；传感器组包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；沿第一方向，第一透镜、第一分光棱镜、第一偏振片和第一传感器的中心位于同一轴线，或者第二透镜、第二分光棱镜、第一偏振片和第一传感器的中心位于同一轴线；沿第二方向，第一分光棱镜、第二偏振片和第二传感器的中心位于同一轴线，以及第二分光棱镜、第三偏振片和第三传感器的中心位于同一轴线。

9、在本申请的一种实施例中，分光棱镜包括分光面，分光面与第一光束和第二光束的夹角均不等于90°和180°，分光面用于对第一光束中第一预定比例的光进行透射，第二预定比例的光进行反射，以及对第二光束中第一预定比例的光进行透射，第二预定比例的光进行反射。

10、在本申请的一种实施例中，分光面上通过蒸发镀膜镀有多层介质膜，以使分光面可对第一光束和第二光束进行透射和反射。

11、在本申请的一种实施例中，不同光束所形成的光束路径的长度相等；光束路径为从进入透镜组中的任一透镜的位置，至到达传感器组中对应透镜的传感器的位置。

12、在本申请的一种实施例中，偏振片组包括四个偏振片，四个偏振片分别输出的偏振光的光强度包括第一偏振光强度、第二偏振光强度、第三偏振光强度和第四偏振光强度；第一偏振光强度和第二偏振光强度分别为第一方向上的第一偏振光的光强度和第二偏振光的光强度，第三偏振光强度和第四偏振光强度分别为第二方向上的第三偏振光的光强度和第四偏振光的光强度该装置的入射光强度s0为多个预设偏振角度的偏振光的总光强度的一半，偏振光的总光强度为第一偏振光强度、第二偏振光强度、第三偏振光强度和第四偏振光强度之和；该装置的第一入射光偏振方向的光强度差s1为第一偏振光强度和第三偏振光强度之差；该装置的第二入射光偏振方向的光强度差s2为第二偏振光强度和第四偏振光强度之差。

13、根据本申请实施例的一个方面，提供了三维成像方法，该方法包括：

14、获取待测物体的至少三种偏振角度所形成的画面；该画面由本申请提供的任意一个实施例中的三维成像装置生成；

15、对不同偏振角度的画面进行分析，确定画面中各个像素点的法线的方位角和天顶角；方位角是像素点的法线与水平方向的夹角，天顶角是像素点的法线与竖直方向的夹角；

16、根据各个像素点的法线的方位角和天顶角形成各个像素点的法向量梯度场；

17、对各个像素点的法向量梯度场进行积分处理，得到各个像素点的深度信息；

18、根据各个像素点的深度信息生成待测物体的三维图像。

19、在本申请的一种实施例中，在对不同偏振角度的画面进行分析，确定画面中各个像素点的法线的方位角和天顶角之后，本申请提供的方法包括：根据三维成像装置中的透镜组形成的视差，构建待测物体的初始表面曲线；根据初始表面曲线的曲率和像素点的法线的相乘结果，验证各个像素点对应的方位角；根据各个像素点的法线的方位角和天顶角形成各个像素点的法向量梯度场，包括：在各个像素点的方位角验证正确时，根据各个像素点的法线的方位角和天顶角形成各个像素点的法向量梯度场。

20、在本申请的一种实施例中，根据初始表面曲线的曲率和像素点的法线的相乘结果，验证像素点对应的方位角，包括：当初始表面曲线的曲率大于0时，若相乘结果大于0则像素点对应的方位角为正确的，若相乘结果小于0则像素点对应的方位角为错误的；当初始表面曲线的曲率小于0时，若相乘结果大于0则该像素点对应的方位角为正确的，若相乘结果小于0则该像素点对应的方位角为错误的。

21、在本申请的技术方案中，物体表面反射的光束经过透镜组聚集得到第一光束和第二光束；分光棱镜组可以将第一光束和第二光束分别进行透射和反射，从而得到第一透射光束、第一反射光束、第二透射光束和第二反射光束，再通过偏振片组将透射光束和反射光束转换为预设偏振角度的偏振光，最后通过传感器组获取至少三个不同预设偏振角度的偏振光以形成图像。通过本申请提供的三维成像装置，可以减少透镜的数量，优化三维成像装置的结构，而且本申请属于被动成像技术，在物体表面透明和高反光时也能重建物体表面，提高三维成像的准确率。

22、本申请中应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种三维成像装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜；所述偏振片组包括第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；所述传感器组包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；

3.如权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜；所述偏振片组包括第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；所述传感器组包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；

4.如权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，所述分光棱镜包括分光面，所述分光面与所述第一光束和所述第二光束的夹角均不等于90°和180°，所述分光面用于对所述第一光束中第一预定比例的光进行透射，第二预定比例的光进行反射，以及对所述第二光束中第一预定比例的光进行透射，第二预定比例的光进行反射。

5.如权利要求4所述的三维成像装置，其特征在于，所述分光面上通过蒸发镀膜镀有多层介质膜，以使所述分光面可对所述第一光束和所述第二光束进行透射和反射。

6.如权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，不同光束所形成的光束路径的长度相等；所述光束路径为从进入所述透镜组中的任一透镜的位置，至到达所述传感器组中对应所述透镜的传感器的位置。

7.如权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，所述偏振片组包括四个偏振片，四个偏振片分别输出的偏振光的光强度包括第一偏振光强度、第二偏振光强度、第三偏振光强度和第四偏振光强度；所述第一偏振光强度和所述第二偏振光强度分别为第一方向上的第一偏振光的光强度和第二偏振光的光强度，所述第三偏振光强度和所述第四偏振光强度分别为第二方向上的第三偏振光的光强度和第四偏振光的光强度；所述装置的入射光强度s0为多个预设偏振角度的偏振光的总光强度的一半，所述偏振光的总光强度为第一偏振光强度、第二偏振光强度、第三偏振光强度和第四偏振光强度之和；所述装置的第一入射光偏振方向的光强度差s1为第一偏振光强度和第三偏振光强度之差；所述装置的第二入射光偏振方向的光强度差s2为第二偏振光强度和第四偏振光强度之差。

8.一种三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：

9.如权利要求8所述的三维成像方法，其特征在于，在对所述不同偏振角度的画面进行分析，确定所述画面中各个像素点的法线的方位角和天顶角之后，所述方法包括：

10.如权利要求9所述的三维成像方法，其特征在于，所述根据所述初始表面曲线的曲率和所述像素点的法线的相乘结果，验证所述像素点对应的方位角，包括：

技术总结本申请公开了三维成像装置以及方法，该装置包括：透镜组，透镜组用于聚集光束，以输出朝向第一方向的第一光束和第二光束；分光棱镜组，设置于透镜组输出光束的一侧，用于对第一光束和第二光束分别进行透射处理和反射处理；偏振片组，包括至少三个偏振片，至少三个偏振片设置于分光棱镜组输出光束的一侧；偏振片组用于将透射光束或反射光束转换为预设偏振角度的偏振光；传感器组，包括至少三个传感器，传感器的位置与偏振片的位置对应，传感器用于获取偏振片输出的预设偏振角度的偏振光以形成图像；本申请可以减少透镜的数量，在物体表面透明和高反光时也能重建物体表面，提高三维成像的准确率。技术研发人员：刘冠扬,颜士杰,刘怡纬,张宗凯受保护的技术使用者：广州立景创新科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29