3D重建系统：解决透明表面成像难题

来自 实验室仪器网

在工业检测环境中，3D视觉系统通常必须置于透明保护罩内，以免损坏。由于光线在透明介质上会发生偏转，使用基于三角测量的传统视觉方法对物体进行3D成像会产生较大的测量误差。

除了制造工艺之外，在对浸泡在福尔马林溶液中的器官进行3D重建、对水下文物进行3D测量，或通过风洞中的观察窗对物体进行3D形状测量时，也面临着类似的挑战。为了消除这些情况下光线偏转的影响，人们已经开发出了许多方法，但这些方法都非常复杂且难以实现。

为了克服这些问题，中国天津商业大学的研究人员引入了一种利用条纹投影的三维重建方法，并结合一种平面透明介质，使光线以最小的散射或吸收穿过，从而实现清晰的可视性。该平面透明材料为玻璃，折射率为1.5，厚度为20毫米。相位信息用于投影仪图像与相机采集图像之间对应点的点对线匹配。这消除了通过几何约束来查找左右相机图像之间对应点的需要，从而提高了匹配效率。

此外，折射式三维重建方法集成了一台分辨率为912×1140像素的德州仪器投影仪和一台分辨率为2448×2050像素、设置为每秒10帧录制的SVS-VistekGigEVision5MP相机。系统校准和精度评估使用了表面带有离散环形标记的校准板。有趣的是，Mikrotron相机和玻璃的相对位置可以任意调整，只要相机能够清晰地透过玻璃观察被测物体即可。

为了验证其方法的准确性，天津商业大学的科学家们在折射校正前后进行了一系列三维重建测试。在这些实验中，他们采用四步相移算法计算包裹相位，并采用最优条纹选择方法计算每个像素位置的绝对相位。为了评估精度，他们计算了重建结果与原始图像之间的差异，结果表明差异极小。

在未来的工作中，研究人员计划解决当玻璃厚度未知或玻璃不平坦时如何优化投影几何，目的是将高精度三维重建扩展到其他应用。

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