一种基于曲率滤波的表面重构方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108961391A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810603186.8(22)申请日2018.06.12(71)申请人温州大学激光与光电智能制造研究院地址325000浙江省温州市龙湾区海洋科技创业园C1幢(72)发明人孙维方向家伟周余庆(74)专利代理机构温州名创知识产权代理有限公司33258代理人陈加利(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)G06T7/73(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种基于曲率滤波的表面重构方法(57)摘要本发明公开了一种基于曲率滤波的表面重构方法，属于表面重构技术领域，特别涉及一种通过单张数字影像的表面重构方法。该方法首先固定合适的光源方向，通过数字图像采集设备拍摄被测表面；随后将二维数字影像通过Mongepatch方法嵌入到三维空间；定义了8个方向上的方向曲率，从而提出了一种线性近似的方向曲率计算方法；通过灰度信息的变化隐性的进行曲率的滤波；随后通过这种曲率的滤波对影致留形方法中的光滑约束项进行替代，从而提出了一种曲率滤波影致留形方法；在迭代终止条件的约束上采用全平均曲率进行限定，保留原始曲面信息。该重构方法硬件成本较低，即可完成表面的重构，适合进行微观表面的重构和测量。CN108961391ACN108961391A权利要求书1/2页1.一种基于曲率滤波的表面重构方法，其特征在于包括：S1:以固定的光源方向，采集重构对象的二维数字影像；S2:将二维数字影像的像素点位置作为x、y轴信息，灰度信息作为z轴信息，将二维数字影像嵌入到三维空间；S3:定义并计算三维空间中8个方向上的方向曲率，并通过灰度信息变化找到了方向曲率与灰度差之间的关系，并基于该关系提出线性近似的方向曲率计算模型，通过灰度信息的变化隐性的进行曲率的滤波，所述的8个方向分别为：水平方向、垂直方向、45°方向、135°方向和四个通过混合邻域上的切平面；S4:随后通过曲率的滤波对影致留形方法中的光滑约束项进行替代，从而提出了一种曲率滤波影致留形计算模型；S5:在迭代终止条件的约束上采用全平均曲率进行限定，以避免对被测重构对象固有原始形状进行破坏，保留其原始曲面信息。2.根据权利要求1所述的一种基于曲率滤波的表面重构方法，其特征在于：所述的步骤S3包括：S31:定义并计算三维空间中8个方向上的方向曲率的具体算法为：其中，R为曲率半径，其8个方向上的方向曲率可分别表述为：其中U(i,j)为参考像素点归一化灰度值。S32:计算8个方向上方向曲率的最小值dmin；S33:将原数字影像各栅格点灰度值加上8个方向曲率的最小值即可得到方向曲率优化后的迭代并得到新的数字影像3.根据权利要求1所述的一种基于曲率滤波的表面重构方法，其特征在于所述的步骤S4包括：通过曲率优化算法对影致留形过程中的光滑约束项进行替换，则影致留形的迭代求解方法重写为：2CN108961391A权利要求书2/2页其中和分别为数字影像偏导数p和q的曲率优化中间值，Ei,j为归一化数字影像灰度信息，Rs为反射图方程，λ为Lagrange乘子，若在成像过程中存在较少的噪声和误差，则选择较大的λ值；而若在成像过程中存在较大的噪声和误差，则选择较小的λ值。4.根据权利要求1所述的一种基于曲率滤波的表面重构方法，其特征在于所述的步骤S5包括：引入全平均曲率作为平滑程度的迭代停止条件以增强计算效率，其定义为：其中W为数字影响全平均曲率，H为数字影像的平均曲率，dA为面积微元，其对应的平均曲率表达式为：若全平均曲率增加时即可终止迭代计算过程，以避免对被测物体固有原始形状进行破坏，保留原始曲面信息。3CN108961391A说明书1/7页一种基于曲率滤波的表面重构方法技术领域[0001]本发明属于表面重构技术领域，具体是指一种基于曲率滤波的表面重构方法。背景技术[0002]针对单张图像进行三维重构对工程应用有着重要的现实意义，其中影致留形(shapefromshading,SFS)是一种常用的由物体表面在光源作用所产生的亮度信息恢复其三维空间位置的方法，参见SunW,ChenB,YaoB,etal.Complexwaveletenhancedshapefromshadingtransformforestimatingsurfaceroughnessofmilledmechanicalcomponents[J].JournalofMechanicalScience&Technology,2017,31(2):823-833。[0003]影致留形(SFS)方法是物体成像机理在数学上的反演。一般情况下物体表面灰度分布主要与物体表面几何形状、光源方向