基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法

本发明涉及成像，尤其涉及一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法。

背景技术：

1、光的偏振信息已广泛用于计算成像，偏振成像作为一种可探测多维光辐射信息的探测技术，具有同时记录光线强度和偏振信息的特点，对克服复杂反光难题具有天然的优势。通过分析反射光偏振特性，建立目标表面法线和反射光偏振信息之间的关系，实现目标表面形状恢复。偏振成像也广泛应用于去雾、消除镜面高光、图像编辑技术等。在计算机图形学领域中，使用双向反射分布函数(bidirectional reflectance distributionfunction,brdf)来描述光与物体之间的相互作用，brdf包含了物体的材质信息，通过brdf对材料外观进行逼真建模是基于物理的光传输仿真的重要组成部分。联合偏振和brdf，可建立pbrdf，该函数描述了物体目标表面反射光偏振信息的分布特点，建模了镜面反射和漫反射引起的复杂偏振变化，为三维重建提供新的解决途径。

2、在已有的pbrdf模型相关文献中，尚未出现一个完备的pbrdf模型，能够准确地模拟金属表面上镜面反射和漫反射的混合偏振。将反射光中的镜面偏振和漫反射偏振进行分离，一直是一个具有挑战性的问题。在实际应用中，对存在高反光特性的金属、合金、陶瓷等非朗伯表面，常规的三维重建技术会导致高光区域的灰度分布信息缺失，使得深度估计存在较大误差，难以在形貌测量、特征定位、缺陷检测等应用中发挥真正作用。因此，现有技术方法中对存在高反射的物质进行三维重建绘图存在误差较大的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法、装置、系统、设备及介质，旨在解决现有技术方法中对存在高反射的物质进行三维重建绘图存在误差较大的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法，该方法应用于基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制系统的成像处理终端中，所述逆向绘制系统还包括投影装置、成像装置、线偏振片及1/4波片，所述成像处理终端分别与所述投影装置及所述成像装置进行通信连接以实现数据信息的传输，其中，所述方法包括：

3、发出启动指令以控制投影装置发射光束照射标靶，在空间中不同位置摆放标靶；获取所述成像装置采集得到的多幅标靶图像并通过几何标定算法进行几何标定得到几何标定结果；

4、获取所述成像装置采集得到待测金属件进行空间位置调整所对应的偏振子图像；

5、根据预置的运动恢复结构模型及所述几何标定结果，对多个视角的偏振子图像进行标定与重建以得到对应的成像装置内外参数、初始点云和法线；

6、根据预置的偏振双向反射分布函数模型及所述成像装置内外参数获取与偏振子图像对应的模型测量参数值；所述偏振双向反射分布函数模型表征为镜面反射和漫反射的组合；

7、根据预置的迭代优化策略及所述初始点云对所述模型测量参数值及所述法线进行迭代优化，得到对应的优化参数值及表面法线；

8、根据所述偏振双向反射分布函数模型及入射光源信息，对所述优化参数值及表面法线进行渲染计算以获取与选定的视角方向对应的逆向绘制图像。

9、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制装置，该装置配置于基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制系统的成像处理终端中，所述逆向绘制系统还包括投影装置、成像装置、线偏振片及1/4波片，所述成像处理终端分别与所述投影装置及所述成像装置进行通信连接以实现数据信息的传输，其中，所述装置用于执行如上述第一方面所述的基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法，所述装置包括：

10、几何标定结果获取单元，用于发出启动指令以控制投影装置发射光束照射标靶，在空间中不同位置摆放标靶；获取所述成像装置采集得到的多幅标靶图像并通过几何标定算法进行几何标定得到几何标定结果；

11、偏振子图像采集单元，用于获取所述成像装置采集得到待测金属件进行空间位置调整所对应的偏振子图像；

12、标定重建单元，用于根据预置的运动恢复结构模型及所述几何标定结果，对多个视角的偏振子图像进行标定与重建以得到对应的成像装置内外参数、初始点云和法线；

13、模型测量参数值获取单元，用于根据预置的偏振双向反射分布函数模型及所述成像装置内外参数获取与偏振子图像对应的模型测量参数值；所述偏振双向反射分布函数模型表征为镜面反射和漫反射的组合；

14、迭代优化单元，用于根据预置的迭代优化策略及所述初始点云对所述模型测量参数值及所述法线进行迭代优化，得到对应的优化参数值及表面法线；

15、渲染计算单元，用于根据所述偏振双向反射分布函数模型及入射光源信息，对所述优化参数值及表面法线进行渲染计算以获取与选定的视角方向对应的逆向绘制图像。

16、第三方面，本发明实施例还提供了一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制系统，该系统应用如上述第一方面所述的基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法，其中，该系统包括成像处理终端、投影装置、成像装置、线偏振片及1/4波片；

17、所述成像处理终端分别与所述投影装置及所述成像装置进行通信连接以实现数据信息的传输；

18、所述投影装置设置于光路上游并发射光束照射待测金属件；

19、所述线偏振片设置于所述投影装置与所述待测金属件之间，或者是，所述线偏振片及所述1/4波片依次设置于所述投影装置与所述待测金属件之间；

20、所述成像装置设置于光路下游并拍摄所述待测金属件反射光束得到的图像。

21、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，其中，所述设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

22、存储器，用于存放计算机程序；

23、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面所述的基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法的步骤。

24、第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法的步骤。

25、本发明实施例提供了一种基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法、装置、系统、设备及介质，方法包括：获取多幅标靶图像通过几何标定算法进行几何标定得到几何标定结果，获取待测金属器件进行空间位置调整所对应的偏振子图像，根据对多个视角的偏振子图像进行标定与重建得到成像装置内外参数、初始点云和法线，获取与偏振子图像对应的模型测量参数值并与法线一并进行迭代优化，得到优化参数值及表面法线后进行渲染计算得到与选定的视角方向对应的逆向绘制图像。上述基于金属表面偏振双向反射分布函数建模的逆向绘制方法，将金属表面的反射建模为单次镜面反射和多次相互反射的混合偏振，并基于该模型构建法线和材质联合优化的逆向绘制算法，避免绘制图像出现误差或信息缺失，从而大幅提升逆向绘制所得图像的准确性。