一种高反光表面的三维重建装置及其三维重建方法

本发明涉及机器视觉，尤其涉及一种高反光表面的三维重建装置及其三维重建方法。

背景技术：

1、在现代工业和科研领域中，结构光三维测量技术因其高精度和非接触式的特点，已广泛应用于产品质量检测、精密制造、文物保护等多个领域。结构光三维测量技术通过图像发射单元投射特定的光纹(如条纹)到目标物体上，并利用图像接收单元从不同角度捕获反射光纹图像，进而根据图像接收单元捕获的目标物体反射回来的图像获取物体的三维形貌。尽管结构光三维测量技术在多个领域都展现出了巨大的应用价值，但在测量具有高反射率表面的物体时，如金属、玻璃等材料，常会遇到高反光现象，导致测量结果出现失真或信息缺失，从而影响测量的精度和可靠性。为了解决上述问题，学术界和工业界提出了多种方法，包括采用高动态范围成像技术(hdr)来扩展相机的动态捕获范围，以及通过软件算法对过曝区域进行后处理尝试恢复丢失的信息。

2、然而，相关技术中的方法要么操作复杂，成本高昂；要么效果有限，难以彻底解决高反光问题。特别是在对精细结构或微小特征进行测量时，即便是微小的信息丢失也可能导致重大的测量误差。因此，开发一种能够有效去除物体表面高反光现象、不丢失表面细节信息的新方法，对于提高结构光三维测量技术的应用范围和测量精度具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高反光表面的三维重建装置及其三维重建方法，可以对被测物体进行三维重建，同时还可以提升对高反光的被测物体的三维测量的精度，以提升对高反光的被测物体的三维重建的精度。

2、本发明提供了一种高反光表面的三维重建装置，包括：

3、图像发射单元，用于向被测物体发射编码图像；

4、图像接收单元，用于获取经被测物体反射回来的编码图像；

5、图像补偿单元，设置于检测光路上，所述图像补偿单元可选择性的调控图像补偿单元中各位置处的透明度，以选择性的调控穿过图像补偿单元的编码图像中各位置处的亮度；

6、控制单元，用于控制图像发射单元、图像接收单元和图像补偿单元。

7、可选地，所述图像补偿单元为液晶单元。

8、可选地，所述液晶单元包括第一偏光件和第二偏光件，以及设置在第一偏光件和第二偏光件之间的液晶层，所述液晶层通过控制线与控制单元电连接。

9、可选地，所述三维重建装置还包括：

10、第三偏光件，所述第三偏光件和所述液晶单元中的一个设置在所述图像发射单元和所述被测物体之间，所述第三偏光件和所述液晶单元中的另一个设置在所述图像接收单元与所述被测物体之间。

11、另一方面，提供了一种高反光表面的三维重建方法，所述方法应用于如上任一项所述的高反光表面的三维重建装置，该方法包括：

12、向被测物体发送白图；

13、获取基准图像，所述基准图像为所述被测物体反射回来的图像；

14、基于所述基准图像控制图像补偿单元中各位置处的透光度；

15、向被测物体发送编码图像，所述编码图像为第一编码图像；

16、获取被测物体反射的第一编码图像，所述第一编码图像穿过所述图像补偿单元，被测物体反射回来的第一编码图像为第二编码图像；

17、基于第二编码图像确定被测物体的三维测量数据，以对所述被测物体进行三维重建。

18、可选地，基于所述基准图像控制图像补偿单元中各位置处的透光度，包括：

19、获取基准图像中的高曝光区域；

20、降低图像补偿单元中与高曝光区域对应位置处的透光度。

21、可选地，获取基准图像中的高曝光区域，包括：

22、获取所述基准图像和所述白图的灰度值；

23、将所述基准图像中各像素位置处的灰度值与所述白图中各像素位置处的灰度值进行比较；

24、获取所述基准图像中灰度值高于白图的灰度值的像素位置，以形成所述高曝光区域。

25、可选地，基于第二编码图像确定被测物体的三维测量数据，包括：

26、获取第二编码图像在图像接收单元的图像坐标系中的各像素点的像素坐标，以形成第一像素坐标集，所述图像坐标系基于所述第二编码图像建立；

27、获取图像接收单元坐标系与所述图像坐标系之间的坐标转换关系、图像接收单元坐标系与世界坐标系之间的坐标转换关系，所述图像接收单元坐标系基于所述图像接收单元建立，所述世界坐标系基于整个高反光表面的三维重建装置建立；

28、基于所述图像接收单元坐标系与所述图像坐标系之间的坐标转换关系将第一像素坐标集转换为第二像素坐标集，所述第二像素坐标集中的像素坐标为第二编码图像在图像接收单元坐标系下的像素坐标；

29、获取图像接收单元坐标系与图像发射单元坐标系之间的坐标转换关系，所述图像发射单元坐标系基于所述图像发射单元建立；

30、基于所述图像接收单元坐标系与图像发射单元坐标系之间的坐标转换关系，将所述第二像素坐标集转换为第三像素坐标集，所述第三像素坐标集为被测物体的三维测量数据。

31、本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

32、在本公开实施例中，提供了一种高反光表面的三维重建装置，该装置包括图像发射单元、图像接收单元、图像补偿单元和控制单元。其中，图像发射单元可向被测物体发射编码图像，图像接收单元可接收被测物体反射回来的编码图像，图像补偿单元可对编码图像中各位置处的亮度进行调控。通过图像发射单元向被测物体发射白图，图像接收单元接收被测物体反射回来的图像，控制单元可确定反射回来的图像中的过曝区域，也即亮度过高的区域。控制单元调控图像补偿单元中与过曝区域对应的位置处的透明度，并控制图像发射单元发射编码图像。编码图像经过图像补偿单元后，过曝区域的亮度会被削减，使得最终图像接收单元接收到的编码图像中各位置处的亮度保持正常，也即不会出现过曝区域，从而获取到的被测物体的三维测量数据不会缺失，提升被测物体的三维测量的精度，三维测量得到的数据更精确，则基于三维测量的数据进行三维重建后得到的物体形态就会更准确。同时，该三维测量装置受到的环境因素的限制较低，更加便于用户测量。

技术特征：

1.一种高反光表面的三维重建装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高反光表面的三维重建装置，其特征在于，所述图像补偿单元为液晶单元。

3.根据权利要求2所述的高反光表面的三维重建装置，其特征在于，所述液晶单元包括第一偏光件和第二偏光件，以及设置在第一偏光件和第二偏光件之间的液晶层，所述液晶层通过控制线与控制单元电连接。

4.根据权利要求3所述的高反光表面的三维重建装置，其特征在于，所述三维重建装置还包括：

5.一种高反光表面的三维重建方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至4任一项所述的高反光表面的三维重建装置，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的高反光表面的三维重建方法，其特征在于，基于所述基准图像控制图像补偿单元中各位置处的透光度，包括：

7.根据权利要求6所述的高反光表面的三维重建方法，其特征在于，获取基准图像中的高曝光区域，包括：

8.根据权利要求5所述的高反光表面的三维重建方法，其特征在于，基于第二编码图像确定被测物体的三维测量数据，包括：

技术总结本发明提供了一种高反光表面的三维重建装置及其三维重建方法。包括：图像发射单元，用于向被测物体发射编码图像；图像接收单元，用于获取经被测物体反射回来的编码图像；图像补偿单元，设置于检测光路上，所述图像补偿单元可选择性的调控图像补偿单元中各位置处的透明度，以选择性的调控穿过图像补偿单元的编码图像中各位置处的亮度；控制单元，用于控制图像发射单元、图像接收单元和图像补偿单元。技术研发人员：伍世虔,罗明灵,沈秀清,上官骏超,李晓盼受保护的技术使用者：武汉科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17