基于结构光的强反射表面三维重建方法研究

薛峰 陈龙 张峰峰

摘要：采用结构光进行工件表面三维重建时，经常出现因亮度饱和而导致重建缺失和精度低的问题。针对该问题，提出一种相位融合和多频外差算法相结合的解决方法。首先，从实际的工作环境和从三维重建的物理模型角度分析了工件表面亮度饱和对三维重建的影响。然后，针对亮度饱和引起的该区域相位丢失的问题，在结构光相移法的基础上提出了相位融合的方法来求解高质量相位。进而利用多频外差法进行绝对相位的求解，提高三维重建的精度。最后，通过搭建基于结构光的工件三维重建实验平台对本文提出的方法进行验证。实验结果表明：基于本文提出的方法进行工件表面三维重建的平均精度和完整率分别为0.013mm和99.71%。相比于传统的结构光三维重建方法，本文提出的方法在精度和完整率方面分别提高了79%和22%，具有较好的效果。

关键词：结构光;相位融合;多频外差;亮度饱和;三维重建

DOI：10.15938/j.jhust.2021.05.003

中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2021）05-0018-07

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自从上世纪基于结构光三维重建的技术诞生以来，其因为非接触、速度快和精度高等原因，在工业、医疗和军事等领域便较为广泛的使用[1-3]。在日常生活中，人们可以利用结构光技术进行雕塑、医学器官等物体的三维重建，并且已经取得很好的效果。但是就目前而言，采用结构光进行物体表面的三维重建，大多希望物体表面发生漫反射而不是镜面反射[4-6]。主要因为当物体表面发生镜面反射时，相机采集到的图像中将可能存在局部亮度饱和的问题，进而导致结构光的相位缺失[7-8]。……