基于单目多幅灰度图像的三维曲面测量方法

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1、慧眼聚焦%基于单目多幅灰度图像的三维曲面测量方法$乌秀春$郭东明$王若愚$常怀德摘要8基于单目多幅灰度图像的三维曲面测量方法，能以自然方式提取物体表面的形状信息，且易于实现系统间的信息集成，属于非接触性测量，具有应用前景。介绍了适合于曲面测量的改进光照模型，然后采用非线性最小二乘优化方法来确定光照参数，并给出针对该模型提出的基于单目多幅图像的曲面重构算法。试验结果表明，该测量方法有效可行，具有一定的实用价值。关键词：图像测量光照模型参数确定曲面重构中图分类号：<=#>!文献标识码：?文章编号：!@@@1$>>A6"@@%7@#1@@@A1@#!"#$%&’$(B9;C;C0;C

2、D001*930:,95:(E30(,/D030:;F(,0*5:35:54/E(D3/E;9)E0GD(H93(G0,I;C09:J5D3(;95:5J;C0,/DJ(40,C()04(:F05F;(9:0*9:(:(;/D(EK(H(:*;C09:J5D3(;95:9:;0GD(;95:5J*9JJ0D0:;,H,;03,F0D0(E9L0*M?,(:5:145:;(4;30;C5*5J30(,/D030:;I9;C(,()D5,)04;5J())E94(;95:M?:93)D5N0*9EE/39:(;95:35*0EJ5D,/DJ(4030(,/D030:;9,9:;D5

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4、:*)D(4;94(EM)*+,-%.#(/0&1*2*%*0*4$/553064&$6-42-.*57&%&0*$*%8*$*%064&$6-493%:&’*;*’-4#$%3’$6-4物体表面的三维测量是现代测试技术的一个重要光照模型反映了物体表面的三维几何信息，是重分支，随着光电技术、计算机技术、计算机视觉以及图构物体表面三维几何形状的理论基础，如何建立实用像处理等高新技术的发展，使得三维曲面图像的测量并具有较高测量精度的光照模型，确定模型的光照参技术发展迅速，出现了各种各样的新测量方法，如主动数，已成为研究本文测量方法的关键。在该测量方法的三角形法!!"、相位测量

5、法!""、立体视觉法!#"以及由明研究过程中，我们利用最优化方法和统计分析原理，分暗恢复形状法!$，%"等，这些方法，各有各的优点，也存析现有的几种常用局部光照模型对实际图像灰度数据在局限性。主动三角形法理论成熟，结构简单，测量精的拟合精度，并加以完善改进，发展出了一种适合于曲度高，测量速度较快，但成本也较高。相位测量法测量面快速测量的改进光照模型!&"，模型表达式如下：##范围大，测量速度快，成本低，但当被测表面变化剧烈"*!)（*$·%）",!),’-()!’"(!)(###+####（!）时，往往会发生相位突变，从而使测量精度降低。立体（%·&）"（$·%）（%·&）#视

6、觉法对被测表面的要求较宽松，效率高，硬件成本式中!为表面上任意一点处的反射光强，等式后第一低，但该方法中对应点的立体匹配一直是很难的问题。项为环境光反射分量，第二项为漫反射分量，第三项为由明暗恢复形状法的测量精度虽不是很高，但用这种镜面反射分量；"(、"*、",分别为环境光反射因数、漫反方法测量时不受光源限制，便于现场操作，测量速度射因数、镜面反射因数；!)(、!)*、!),分别为环境光光强、#快，成本低，且易于实现系统间的信息集成，是一种具入射光漫反射有效光强、入射光镜面反射有效光强；$##有应用前景和研究价值的新测量方法。因此从研究现为光源方向向量，&为观察方向向量，%为表

7、面上任意###状来看，图像测量技术还是一个十分新兴的领域，需要一点处的法向量，且$、&与%都已归一化；’-为微平不断地发展和创新。鉴于此，本文提出一种基于明暗恢面斜率分布函数，这里采用.(/,,分布函数，定义为复形状的由单目多幅灰度图像恢复物体表面三维几何’1!"23"，其中*为常系数，!’45,1!6%#·+#7-’*0#####形状的方法，该方法的关键是建立适合于曲面测量的6+’6$+&72,$+&,，-是与物体表面粗糙度有关光照模型和建立该模型对应的稳定可靠的数值解法。的值；(为菲涅耳