三维重建装置及方法与流程

技术特征：

1.一种三维重建装置，其特征在于，包括：

图像获取单元，用于获取目标物体的图像信息；

多个发光单元，设置在所述图像获取单元的周围；

同步控制单元，用于控制所述多个发光单元的亮灭，在每个发光单元点亮时，同步控制所述图像获取单元拍摄目标物体，获取每个发光单元照射下目标物体的图像信息；

重建单元，用于根据所述图像信息和发光单元的发光模型，对目标物体进行重建；所述发光模型为每个发光单元主光轴上的出射光强与各个出射方向上的出射光强、出射角度的关系。

2.如权利要求1所述的三维重建装置，其特征在于，所述重建单元具体用于：

根据所述图像信息，估计目标物体表面每个重建点的初始三维法向值；

基于发光单元的发光模型和反射模型，以所述初始三维法向值为初值，根据每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个重建点的最优三维法向值；

根据所述最优三维法向值，对目标物体进行三维重建；

所述反射模型为反射光强与光源出射光强、光源出射方向、出射点到入射点的距离、目标物体表面法向值的关系。

3.如权利要求2所述的三维重建装置，其特征在于，基于发光单元的发光模型和反射模型，以所述初始三维法向值为初值，根据每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个重建点的最优三维法向值，包括：

基于光源复合模型，以所述初始三维法向值为初值，迭代找到最优三维法向值，对于每个迭代周期均执行以下操作：

根据每个重建点的三维法向值、每个发光单元的空间坐标和主光轴方向，计算每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离；

基于光源复合模型，根据每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离，计算每个重建点的三维法向值，直到找到每个重建点的深度信息变化在预设范围内时，对应的三维法向值，作为最优三维法向值；

所述光源复合模型根据发光单元的发光模型和反射模型建立，所述光源复合模型为反射光强与每个发光单元主光轴上的出射光强、主光轴上的出射方向、各个出射方向、目标物体表面法向值、出射点到入射点的距离的关系。

4.如权利要求1至3任一所述的三维重建装置，其特征在于，所述图像获取单元为相机，所述相机在获取目标物体的图像信息时，采用离线存储的方式进行存储。

5.如权利要求1至3任一所述的三维重建装置，其特征在于，所述发光单元为LED灯珠，所述LED灯珠均匀地设置在所述图像获取单元的周围，所述LED灯珠的个数不少于4个。

6.如权利要求5所述的三维重建装置，其特征在于，所述发光模型为LED发光模型，所述光源复合模型为LED光源复合模型，所述LED光源复合模型为：

$I_r=I_0{(l_{main}*l)}^{g-1}*\frac{l*n}{d^2};$

其中，I_r为LED灯珠光源反射光强，I₀为LED灯珠主光轴上的出射光强，l_main为LED灯珠主光轴方向，l为LED灯珠光源出射方向，g随LED发光模型的有效半角θ_harf的变化而变化，n为目标物体表面重建点的三维法向值，d为重建点到每个发光单元的距离。

7.如权利要求5所述的三维重建装置，其特征在于，所述LED灯珠为红外LED灯珠；所述图像获取单元采用红外滤光片。

8.一种三维重建方法，其特征在于，包括：

控制多个发光单元的亮灭，在每个发光单元点亮时，同步控制图像获取单元拍摄目标物体，获取每个发光单元照射下目标物体的图像信息；所述多个发光单元设置在所述图像获取单元的周围；

根据所述图像信息和发光单元的发光模型，对目标物体进行重建；所述发光模型为每个发光单元主光轴上的出射光强与各个出射方向上的出射光强、出射角度的关系。

9.如权利要求8所述的三维重建方法，其特征在于，根据所述图像信息和发光单元的发光模型，对目标物体进行重建，包括：

根据所述图像信息，估计目标物体表面每个重建点的初始三维法向值；

基于发光单元的发光模型和反射模型，以所述初始三维法向值为初值，根据每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个重建点的最优三维法向值；

根据所述最优三维法向值，对目标物体进行三维重建；

所述反射模型为反射光强与光源出射光强、光源出射方向、出射点到入射点的距离、目标物体表面法向值的关系。

10.如权利要求9所述的三维重建方法，其特征在于，基于发光单元的发光模型和反射模型，以所述初始三维法向值为初值，根据每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个重建点的最优三维法向值，包括：

基于光源复合模型，以所述初始三维法向值为初值，迭代找到最优三维法向值，对于每个迭代周期均执行以下操作：

根据每个重建点的三维法向值、每个发光单元的空间坐标和主光轴方向，计算每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离；

基于光源复合模型，根据每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离，计算每个重建点的三维法向值，直到找到每个重建点的深度信息变化在预设范围内时，对应的三维法向值，作为最优三维法向值；

所述光源复合模型根据发光单元的发光模型和反射模型建立，所述光源复合模型为反射光强与每个发光单元主光轴上的出射光强、主光轴上的出射方向、各个出射方向、目标物体表面法向值、出射点到入射点的距离的关系。

11.如权利要求10所述的三维重建方法，其特征在于，在根据每个重建点的三维法向值、每个发光单元的空间坐标和主光轴方向，计算每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离，之前还包括：

初步估计每个发光单元相对于图像获取单元的空间坐标和主光轴方向；

将一平面物体放置在图像获取单元前方，同步控制单元控制所述多个发光单元的依次亮灭，在每个发光单元点亮时，同步控制所述图像获取单元拍摄所述平面物体，获取每个发光单元照射下的图像信息；所述平面物体垂直于图像获取单元的光轴；

基于发光单元的发光模型和反射模型，以初步估计的空间坐标和主光轴方向为初值，根据所述图像信息、平面物体上每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个发光单元的最优空间坐标和主光轴方向。

12.如权利要求11所述的三维重建方法，其特征在于，基于发光单元的发光模型和反射模型，以所述空间坐标和主光轴上的出射方向为初值，根据所述图像信息、平面物体上每个重建点的光源入射光强和入射方向，找到每个发光单元的最优空间坐标和主光轴方向，包括：

基于光源复合模型，以初步估计的空间坐标和主光轴方向为初值，迭代找到每个发光单元的最优空间坐标和主光轴方向，对于每个迭代周期均执行以下操作：

根据平面物体的图像信息、每个发光单元的空间坐标和主光轴方向，计算目标物体的每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离；

基于发光单元的发光模型和反射模型，根据每个重建点的光源入射方向和该重建点到每个发光单元的距离，计算平面物体表面所有重建点的三维法向值；

对所有重建点的三维法向值进行均方差计算，直到找到所有重建点的三维法向值的均方差最小时，对应的每个发光单元的空间坐标和主光轴方向，作为最优空间坐标和主光轴方向。