偏振三维成像技术的原理和研究进展 (偏振三维成像技术)_工业机器人

摘要

近年来，偏振三维成像技术因规则的编码条纹图像投影到目标表面，通过对拍摄到的轮廓图像进行解码，构建相机平面与投影平面中点与点之间的一一对应关系，并结合相机标定参数实现三维表面的获取，其具有成像精度高的优势，但是该系统需要主动光源照明，对照明光模式依赖强，因此抗环境光干扰能力差，且随着成像距离的增加，编码条纹的精度会随之下降，严重影响三维成像精度。

目前，基于立体视觉的被动式三维成像主要包括双目三维成像和基于光场相机的三维成像。双目三维成像技术基于人眼视觉原理，利用三角测距技术构建物体的三维表面轮廓信息，由于其重建精度与相机基线长度成反比，因此在对远距离目标成像时难以实现高精度的三维表面信息获取。基于光场相机的三维成像技术通过在镜头和探测器之间嵌入微透镜阵列，实现光线的方向测定，进而获取被动条件下的三维信息，但与双目三维成像类似，该技术受限于微透镜阵列间的间距，无法实现远距离三维成像并且成像精度较低。

伴随着安防监控、深空探测以及目标检测识别等众多领域对远距离、高精度、高维度的目标信息需求越来越迫切，通过深度挖掘和解译光场的多维物理信息，来实现远距离、无损、高精度的三维成像就成为该领域目前主要的发展方向。众所周知，光波的偏振特性信息与目标表面法线间存在函数表征关系，能够直接反映出目标形貌特性。因此，研究建立物体表面反射光偏振特性信息与表面形貌之间的函数关系，能够为实现重建精度高、探测设备简单以及非接触的三维重建技术提供方案。国内外研究学者从上世纪70年代开始探索利用偏振信息对目标表面进行三维形貌恢复（Shape-from-Polarization），此后衍生出了一系列偏振三维成像方法。这些方法的核心是利用菲涅尔定律建立反射光偏振特性与目标表面法线方向的函数光强弱受照明角度影响，导致重建精度受照明条件限制，

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