基于近场光度立体视觉的非朗伯体表面重建方法

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光度立体视觉由于算法精度高、系统灵活等优势在三维重建中得到广泛的应用。为了更加精确的表征光源的空间光场变化,近场照明模型被提出并应用于光度立体视觉中。现有的近场光度立体视觉方法仍然存在非朗伯表面重建精度较低、LED光源标定过程复杂等问题。本文针对上述问题开展了以下工作:(1)提出了一种非朗伯体表面测量方法。通过分析近场照明下LED的空间辐射强度以及光强空间衰减特性,定义了近场照明模型的适用范围。该方法利用近场下的光度生成模型建立优化条件,采取迭代和积分的方式实现了非朗伯体表面的三维重建。(2)提出了一种LED快速标定方法。利用朗伯球作为标定物,分析光源至朗伯球表面到相机成像的光度生成过程,设计算法实现了LED光源主光轴和位置的快速获取,简化了近场下的光源标定流程,提升了光源标定精度。(3)设计了近场下的非朗伯体表面测量系统。所搭建的系统能够根据所测量物体的尺寸调节视场进行测量,并采用USAF分辨率板实现了系统精度分析。非朗伯体测量实验实现了航空发动机涡轮叶片面型、弦线、气膜冷却孔以及榫头粗糙度的提取,采用商用测量设备对比验证本方法的有效性。
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