(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221096726 5.3 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 冯维　曲通　范家豪　王恒辉　 赵大兴　谢博娅　王选择　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 郑勤振 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 基于光场等效相机阵列模型的高反光表面 三维测量方法 (57)摘要 本发明在传统条纹投影三维测量技术的基 础上， 提出一种基于光场等效相机阵列模型， 并 结合光场相机进行高反光表面三维测量。 本发明 的光场等效相机阵列模型避免了光场相机繁琐 的标定过程和复杂的标定结果， 实现快速精确标 定。 本发明的基于光场等效相机阵列模型的高反 光表面三维测量方法， 有效解决高反光表面三维 重建后信息 丢失问题。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115451866 A 2022.12.09 CN 115451866 A 1.一种高反光表面三维测量方法， 其特征在于， 利用标定的光场相机对高反光表面进 行多视角三维重建， 从而得到不同视角下高反光表面的多方向点云信息， 该光场相 机看作 由主相机和辅助相机组成的等效相机阵列， 选择子孔径图像中的中心视角作为主相机的视 角， 辅助相 机的成像看作是除中心视角下 的其他视角的成像， 将所有辅助相 机的坐标系统 一到主相机坐标系中； 选择主相机下重建得到点云作为目标点云， 其余辅助相机下重建得到点云作为辅助点 云， 将所有重建点云统一至主相 机坐标系 下， 再将统一至主相 机坐标系 下的所有重建点云 投影至XOY平面， 得到投影图像后， 通过连通域分析提取得到每个点云投影图像中缺 失部分 所在的像素位置和大小， 确定对于目标点云具有修复意义的异视角点云信息， 然后 从异视 角点云中提取互补点云， 并拼接至目标点云的对应区域， 以此对目标点云进行迭代修复， 直 至完全恢复因过度曝光而丢失的信息， 实现对高反光表面物体进行完整三维测量工作。 2.一种高反光表面 三维测量系统， 其特 征在于， 包括： 光场相机； 三维重建模块， 其被配置为利用标定的光场相机对高反光表面进行多视角三维重建， 从而得到不同视角下高反光表面的多方向点云信息， 该光场相机看作由主相机和辅助相机 组成的等效相 机阵列， 选择子孔径图像中的中心视角作为主相 机的视角， 辅助相 机的成像 看作是除中心视角下 的其他视角成像， 将所有辅助相 机的坐标系统一到主相 机坐标系中， 选择主相 机下重建得到点云作为 目标点云， 其余辅助相 机下重建得到点云作为辅助点云， 将所有重建点云统一至主相机坐标系下， 再将统一至主相机坐标系下的所有重 建点云投影 至XOY平面， 得到投影图像后， 通过连通域分析提取得到每个点云投影图像中缺 失部分所在 的像素位置和大小， 确定对于目标点云具有修复意义的异视角点云信息， 然后 从异视角点 云中提取互补点云， 并拼接至目标点云的对应区域， 以此对目标点云进 行迭代修复， 直至完 全恢复因过度曝光而丢失的信息， 实现对高反光表面物体进行完整三维测量工作。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115451866 A 2基于光场等效相机阵列模型的高反光表面 三维测量方 法 技术领域 [0001]本发明涉及本发明涉及一种三维重建方法， 尤其涉及一种具有高反光区域物体的 三维重建方法。 背景技术 [0002]条纹投影轮廓术常用于测量物体的三维表面形貌， 相移条纹图案被 投影到物体表 面发生变形， 并由相机采集， 相机的像素对应点的三 维坐标信息， 可通过采集的变形条纹图 案中所包含的相位信息来计算得到。 然而， 由于物体表面加工处理方式不同、 表面粗糙度各 异， 在光线投射至物体表面时会发生镜面反射和漫反射， 其中镜面反射具有方向性， 是造成 图像过饱和的主要因素。 这使得条纹投影三维测量方法面临图像过饱和问题， 即入射光强 远超过相机图像传感器的最大灰度值。 从而使得后续的相位解调和相位展开过程中存在较 大误差， 进 而导致相位紊 乱， 最终给计算得到的点云数据引入过多的误差或者过于稀疏。 发明内容 [0003]光场成像技术能够同时记录光线的位置信息和方向信息， 因此， 与传统相机相比， 光场相机可捕捉到四维光场信息， 通过提取四维光场信息得到场景 的多视角图像， 即子孔 径图像， 异视角子孔径图像对于同一世界点采集到的光线信息并不相同， 这就使得光场子 孔径图像之间存在一定的差异性和互补性。 理论上来说， 对于某一子孔径所记录的图像信 息中因过曝而丢失的场景信息， 能够在其他视角下的子孔径图像得到补充。 因此， 本发明在 传统条纹投影三 维测量技术的基础上， 提出一种基于光场等效相机阵列模 型的高反光表面 三维测量方法及系统， 有效解决高反光表面 三维重建后信息 丢失问题。 [0004]根据本发明实施例的第一方面， 提出了一种光场等效相机阵列模型， 避免了光场 相机繁琐的标定过程和复杂的标定结果， 实现快速精确标定 。 [0005]根据本发明实施例的第二方面， 提出了一种高反光表面三维测量方法， 利用标定 的光场相机对高反光表面进行多视角三 维重建， 从而得到不同视角下高反光表面的多方向 点云信息， 该光场相 机看作由主相 机和辅助相 机组成的等效相 机阵列， 选择子孔径图像中 的中心视角作为主相 机的视角， 辅助相 机的成像看作是除中心视角下 的其他视角成像， 将 所有辅助相机的坐标系统一到主相机坐标系中； 选择主相机下重建得到点云作为目标点 云， 其余辅助相机下重 建得到点云作为辅助点云， 将所有重建点云统一至主相机坐标系下， 再将统一至主相机坐标系下的所有重 建点云投影至XOY平面， 得到投影图像后， 通过连通域 分析提取得到每个点云投影图像中缺 失部分所在的像素位置和大小， 确定对于目标点云具 有修复意义的异视角点云信息， 然后 从异视角点云中提取互补点云， 并拼接至目标点云的 对应区域， 以此对目标点云进 行迭代修复， 直至完全恢复因过度曝光而丢失的信息， 实现对 高反光表面物体进行完整三维测量工作。 [0006]根据本发明实施例的第三方面， 提出一种高反光表面三维测量系统， 包括： 光场相 机； 三维重建模块， 其被配置为利用标定的光场相机对高反光表面进 行多视角三维重 建， 从说　明　书 1/5 页 3 CN 115451866 A 3