陰影恢復(fù)形狀法

SFS(Shape From Shading，從陰影恢復(fù)形狀)法也是一種較為常用的方法。圖像的陰影邊界包含了圖像的輪廓特征信息，因此能夠利用不同光照條件下的圖像的明暗程度與陰影來計(jì)算物體表面的深度信息，并以反射光照模型進(jìn)行三維重建。陰影恢復(fù)形狀法的應(yīng)用范圍比較廣泛，可以恢復(fù)除鏡面外的各種物體的三維模型。缺點(diǎn)體現(xiàn)在過程多為數(shù)學(xué)計(jì)算、重建結(jié)果不夠精細(xì)，另外不能忽視的是，SFS法需要準(zhǔn)確的光源參數(shù)，包括位置與方向信息。這就導(dǎo)致其無法應(yīng)用于諸如露天場(chǎng)景等具有復(fù)雜光線的情形中。

結(jié)構(gòu)光法(Structured Light)通過向表面光滑無特征的物體發(fā)射具有特征點(diǎn)的光線，依據(jù)光源中的立體信息輔助提取物體的深度信息。具體的過程包括兩個(gè)步驟，首先利用激光投影儀向目標(biāo)物體投射可編碼的光束，生成特征點(diǎn)；然后根據(jù)投射模式與投射光的幾何圖案，通過三角測(cè)量原理計(jì)算攝像機(jī)光心與特征點(diǎn)之間的距離，由此便可獲取生成特征點(diǎn)的深度信息，實(shí)現(xiàn)模型重建。這種可編碼的光束就是結(jié)構(gòu)光，包括各種特定樣式的點(diǎn)、線、面等圖案。結(jié)構(gòu)光法解決了物體表面平坦、紋理單一、灰度變化緩慢等問題。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且精度較高，所以結(jié)構(gòu)光法的應(yīng)用非常廣泛。

對(duì)于多幀通過不同角度拍攝的景物圖像，各幀之間包含一定的公共部分。為了利用深度圖像進(jìn)行三維重建，需要對(duì)圖像進(jìn)行分析，求解各幀之間的變換參數(shù)。深度圖像的配準(zhǔn)是以場(chǎng)景的公共部分為基準(zhǔn)，把不同時(shí)間、角度、照度獲取的多幀圖像疊加匹配到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。計(jì)算出相應(yīng)的平移向量與旋轉(zhuǎn)矩陣，同時(shí)消除冗余信息。點(diǎn)云配準(zhǔn)除了會(huì)制約三維重建的速度，也會(huì)影響到模型的精細(xì)程度和全局效果。因此必須提升點(diǎn)云配準(zhǔn)算法的性能。

常見的三維重建表達(dá)方式

深度圖其每個(gè)像素值代表的是物體到相機(jī)xy平面的距離，單位為 mm。

體素是三維空間中的一個(gè)有大小的點(diǎn)，一個(gè)小方塊，相當(dāng)于是三維空間種的像素。

點(diǎn)云是某個(gè)坐標(biāo)系下的點(diǎn)的數(shù)據(jù)集。點(diǎn)包含了豐富的信息，包括三維坐標(biāo)X，Y，Z、顏色、分類值、強(qiáng)度值、時(shí)間等等。在我看來點(diǎn)云可以將現(xiàn)實(shí)世界原子化，通過高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以還原現(xiàn)實(shí)世界。萬物皆點(diǎn)云，獲取方式可通過三維激光掃描等。