相移结构光照明计算摄影术的成像特性研究

摘要

人体接受的外部信息主要来自视觉，为了获得更好的视觉效果，人类在改造社会的过程中不断追求更高的成像技术。传统摄影技术只能获得物体的二维强度分布，而基于结构光照明的摄影术虽然能够重建出物体的三维信息，但三维数据通常都比较大，这势必给存储空间、网络传输（尤其是无线网传输）及显示设备带来了巨大的压力。 本文从提高三维立体视觉和减小数据容量的目的出发，提出基于相移结构光照明的计算摄影术，利用该技术不仅可以通过二维图像再现物体的浮雕特性，而且可以展现物体的浅景深特性。该技术的基本步骤包括：先由数字投影仪将多幅相移的正弦条纹斜投射到被拍摄物体上，然后从另一个角度通过CCD摄像机依次记录被物体调制的变形图像，最后利用调制度重建算法，从记录的图像中计算求得物体表面的反射强度分布，实现对目标物体的图像重建。理论分析和实验结果表明：（1）基于相移结构光照明的计算摄影术不仅能够有效地消除环境中不均匀光照的影响，重建物体的二维反射强度分布图，而且能够突显斜投射照明所形成的阴影，同时也能通过图像的明暗变化反映出物体表面的法线变化，在视觉上形成了明显的浮雕效果；（2）通过投影不同频率的条纹图案，还可以获得不同景深的图像，且投影条纹的频率越高图像的景深越浅。 论文还提出了基于相移结构光照明的彩色计算摄影术，通过将三种基础颜色的重建图像融合，可以重建出具有浮雕效果的彩色图像，获得更逼真的视觉效果。最后，论文分析了影响重建效果的误差因素，并提出了相应的解决方案。实验结果表明，所提方法能够有效抑制重建误差，获得高质量的重建结果。

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