《高精度主動光場三維成像機理研究》是依託山東大學，由殷永凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高精度主動光場三維成像機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：殷永凱
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
目前關於光場三維成像的研究工作主要集中於單一全光相機的被動式光場採集和處理，在理論和套用方面均具有較大的局限性。有鑒於此，本項目以主動光場三維成像系統為研究對象，在系統結構上引入周期結構光場照明，將成像模型由單一光場拓展至雙光場，旨在實現魯棒、高精度的三維成像。圍繞系統標定、光場照明編碼、三維重建等三個方面展開研究，並解決如下關鍵科學問題：基於光束平差策略的幾何參數最最佳化估計；光場照明傳播過程逆問題的構造與求解；基於相光場空間交會的高精度三維重建。分別建立仿真軟體系統與實驗原型系統，用於驗證理論的可行性並評估三維成像的精度和魯棒性。本項目的研究不僅能夠豐富和發展光場三維成像的理論和方法，而且能顯著提高成像系統的性能，對光場三維成像的套用有積極推動作用。
結題摘要
本項目主要研究結構光（條紋投影）三維成像的相關原理和方法，以多維（位置和方向）結構光場信息的表達和處理為基礎，針對微小物體、光亮表面、快速成像等不同的套用場景，在圖像採集處理、相位信息重建、系統建模標定、三維重建約束、多視點三維信息融合、原型系統構建等多個方面展開探索，發展了一系列的新方法和新技術以實現特定的技術需求。針對微小物體的三維成像，本項目基於Scheimpflug原理設計搭建了全新的多視點條紋投影三維顯微鏡，基於廣義成像模型發展了系統的標定方法，探索評估了該系統在可測深度範圍、三維重建精度、遮擋區域補全等多個方面的性能提升。對於光亮表面的三維成像，主要困難在於鏡面反射使得表面反射率隨表面法向的不同而存在巨大差異，從而導致表面反射形成的變形條紋圖有較大的動態範圍。因此本項目圍繞高動態範圍三維成像展開研究，將彩色相機中的Bayer像素濾波器視為單色光照明時的強度濾波器，在對強度衰減比進行標定後實現了基於單次曝光的高動態範圍條紋圖的合成。將光場相機引入結構光三維成像系統，巧妙利用光場成像的角度採樣特性實現了高動態範圍三維成像。快速三維成像要求在進行條紋投影時應採用儘可能短的條紋圖序列。以此為目標，本項目通過對條紋投影過程的分析發展了一種兩步相移重建相位的算法。為了避免展開絕對相位所帶來的時間損失，提出一種基於等相位面約束的對應點匹配策略，實現了基於摺疊相位的三維重建。
