抑制金属表面耀光的偏振双目视觉三维成像研究

作     者：刘晓刚 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆健;张宏超

授予年度：2020年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：金属目标 三维成像 耀光 双目视觉 激光散斑 偏振成像 

摘      要：金属目标由于其特殊的表面光学特性成为三维成像的难点。表面光滑高反光的金属目标会产生耀光,这种耀光经常造成目标表面数据的缺失。为了提高此类目标的三维成像精度和细节,本文研究了一种结合偏振的双目立体视觉三维成像技术。本文首先从双目立体视觉出发,分析了传统双目视觉面对金属目标成像时的不足。引入了随机散斑点阵结构光,用于产生特征点辅助成像,并基于此完善了偏振双目成像系统和用于计算视差的特征点匹配算法。用漫反射目标和金属目标分别进行成像,比较了两者的成像精度。结果表明影响金属成像的主要因素是镜面反射光过强。又从金属反射光偏振特性出发,理论上分析了金属表面耀光和部分偏振光成因,提出利用偏振片削弱反射光强从而抑制耀光。在实验中利用单偏振点云融合和正交偏振图像融合两种方法来进行金属目标的三维成像。还研究了基于偏振态信息的金属表面三维成像方法,并利用matlab程序实现了偏振态、天顶角等参量的计算算法,模拟了基于这些参量的简单表面三维成像。实验结果表明镜面反射产生的金属表面耀光导致三维点云的离散程度急剧增加,在1m工作距离时平面点云标准差从1.04mm变为2.95mm,散斑点的识别率只有37.53%。而高耀光时偏振双目成像的标准差为2.31mm,平均差为1.78mm,拟合平面与实际平面位置绝对误差小于1mm,点识别率达到77.48%。可见偏振图像融合方法在高耀光时具有良好的耀光抑制作用,能够提高金属目标的三维成像精度和细节。但该方法不适合低耀光成像。基于偏振态信息的三维成像理论上适合低耀光的近距离成像,亦有局限性,对光源要求高。