CN116773457A - 基于Stokes参数的偏振测量方法、***、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种基于Stokes参数的偏振测量方法、***、设备和介质，所述方法包括如下步骤：获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。本公开解决了使用偏振滤光片消除高光区域干扰时，图像信噪比过低的问题，且可以有效提高测量效率，使得对偏振角度的选取更加快速准确。
Description
技术领域
本公开涉及视觉传感器测量技术领域，具体涉及一种基于Stokes参数的偏振测量方法、***、设备和介质。
背景技术
当今，高动态范围测量技术许许多多的研究学者给出了多种的方案。一部分研究人员通过在被测物体的表面上涂一层颗粒层目的是将物体表面镜面反射变成漫反射，原理就是由于物体表面的高反射率导致相机拍摄的图像存在镜面反射造成误差，通过涂抹颗粒层就可以完成对物体的测量。但是由于需要对被测物体进行实验前预处理，这回大大降低测量效率，并存在涂抹不均匀导致测量误差的影响因素。
为了避免上述影响，专家们把注意力都聚焦在调节结构光编码测量***内来完成对HDR物体的测量。通过对投影亮度及相机曝光时间的调节可以完成降低对图像上过饱和像素带来的影响使得拍摄到的图像像素保持相对较高的灰度水平以提升对HDR物体测量的精度。该方法由于HDR物体的表面反射率变化波动范围过大导致无法精准快速预测合适的曝光时间及投影图案亮度，所以在实验的时候就需要拍摄大量不同曝光时间和投影亮度的图片，这就会降低测量效率。基于光存在偏振特性，研究人员在实验中将偏振滤光片假装在测量***中，偏振滤光片可以用来消除测量过程中HDR物体表面镜面反射所带来的干扰。因为偏振滤光片对图像的光强削弱是全局的，所以即使偏振滤光片可以消除高光的影响，但是如果被测物体存在漫反射区域就会使得拍摄图像的部分区域过暗，同样也会导致图像信噪比过低从而影响测量结果。除此之外，双色反射模型也被研究人员提出，该方法主要通过颜色信息完成去除HDR物体表面镜面反射的影响。可是该方法存在颜色差及串扰两大问题，从而会大大降低三维测量的精度。
发明内容
本公开提供一种基于Stokes参数的偏振测量方法、***、设备和介质，能够解决背景技术中提到的最少一个问题。为解决上述技术问题，本公开提供如下技术方案：
作为本公开实施例的一个方面，提供基于Stokes参数的偏振测量方法，包括如下步骤：
获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；
根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；所述Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
可选地，所述将白光投射到被测物体上，包括：由结构光发射器投射灰度值为255且均匀分布的白光通过起偏器投射至被测物体上。
可选地，所述Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据。
可选地，所述相机拍摄到的不同偏振角度下的图像，包括：以偏振角度为0°时作为水平参考角度，在任意偏振角度θ状态下，相机所拍摄到的偏振图像辐射光强表示为：
，
其中，θ为线偏振片角度。
可选地，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像后，还包括：通过图像融合算法融合各个最佳偏振角度下的偏振图像，得到融合图像后，基于所述融合图像和格雷码重构原理对被测物体进行三维重构。
作为本公开实施例的另一个方面，提供一种基于Stokes参数的偏振测量***，包括：
图像获取模块，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；
最佳偏振角度确定模块，根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；所述Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
偏振图像获取模块，将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
作为本公开实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于Stokes参数的偏振测量方法。
作为本公开实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于Stokes参数的偏振测量方法。
相对于现有技术，本公开的有益效果为：
1、本公开提出了一种基于Stokes参数的偏振测量方法或***，可以很好地处理传统结构光测量***中使用偏振滤光片消除高光区域干扰的情况下，相机拍摄的图像因为过暗导致信噪比过低的难题，可以明显的提升条纹图像的质量；
2、本公开提出对偏振角度进行定量数学模型计算，可以有效提高***测量的效率，使实验过程中对偏振角度的选取更加快速准确。
附图说明
图1为实施例1中基于Stokes参数的偏振测量方法的流程图；
图2为实施例1中线结构光传感器***测量原理图；
图3为实施例1中偏振角像素直方图；
图4为实施例1中图像融合算法原理图；
图5为实施例2中基于Stokes参数的偏振测量***框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。
此外，本公开还提供了一种基于Stokes参数的偏振测量方法、***、设备和介质，上述均可用来实现本公开提供的任一种基于Stokes参数的偏振测量方法，相应技术方案和描述和参见方法部分的相应记载，不再赘述。
基于Stokes参数的偏振测量方法的执行主体可以是计算机或者其他能够实现基于Stokes参数的偏振测量装置，例如，方法可以由终端设备或服务器或其它处理设备执行，其中，终端设备可以为用户设备（User Equipment，UE）、移动设备、用户终端、终端、蜂窝电话、无绳电话、个人数字处理（Personal Digital Assistant，PDA）、手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备等。在一些可能的实现方式中，该基于Stokes参数的偏振测量方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。
实施例1
本实施例提供一种基于Stokes参数的偏振测量方法，包括如下步骤：
S10，获取将白光投射到被测物体1上时，相机2拍摄的检偏器4在不同偏振角度下被测物体1的图像；
S20，根据相机2拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
S30，将编码条纹图案投射到被测物体1上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器4的夹角，并通过相机2拍摄不同偏振角度下被测物体1的偏振图像。
本实施例中，基于Stokes参数的偏振测量方法的实现具体包括如下几个步骤，其流程图如图1所示，下面分别对本公开实施例的各步骤进行详细说明。
S10，获取将白光投射到被测物体1上时，相机2拍摄的检偏器4在不同偏振角度下被测物体1的图像。
本实施例中，所采用的装置由相机2、结构光发射器3和被测物体1三部分组成，基于激光三角测量原理，其中相机2与结构光发射器3在一个水平面上，结构光发射器3发出结构光（也即白光）与被测物体1的两个平面相交形成光条，相机2和结构光发射器3构成一个结构光视觉传感器，对应被测物体1的一个平面视场，从而组成一套线结构光传感器***，测量原理图如图2所示。
其中，相机2可选择8位的BFS-U3-23S3M-M型深度相机2（配HC1605相机镜头），其分辨率为1920pixel×1200pixel，产自FLIR公司；所述结构光发射器3可选择型号为TEXASINSTRUMENTS DLP LightCrafter 4500的分辨率为912pixel×1140pixel的投影仪器。两块偏振滤光片型号可选为opsp25.4，由北京Zolix生产。被测物体1可选择为金属面具，由于被测物体1属于一个金属物件且带有一半表面黑暗的区域，其表面反射率变化较大，在传统的结构光测量***下会存在大面积的过饱和像素，因此选择金属面具进行实验来对本公开中的方法进行验证。采用8位灰度相机传感器，因此结构光发射器3的最大光强度为255。
可选地，所述将白光投射到被测物体1上，包括：由结构光发射器3投射灰度值为255且均匀分布的白光通过起偏器5投射至被测物体1上。
S20，根据相机2拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度。所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
Stokes矢量法运用于对偏振状态的观测。Stokes矢量可以对自然界中任何光源进行分析且表示他们的偏振态，包括自然光、完全偏振光及部分偏振光，非单色光和单色光也可以通过Stokes矢量来表示。
可选地，所述相机2拍摄到的不同偏振角度下的图像，包括：以偏振角度为0°时作为水平参考角度，在任意偏振角度θ状态下，相机2所拍摄到的偏振图像辐射光强表示为：
，
其中，θ为线偏振片角度。
本实施例中，相机2标定完成后就能够得到最优偏振角度的数值，因为光线通过偏振滤光片后再通过相机2捕获都会起到对图像光强一定的削弱作用，所以本实施例中三个偏振角度下都会对高光区域有所抑制，同时对黑暗区域会导致区域亮度过低影响测量结果，因此对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度。
可选地，所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波。
本实施例中，通过结构光发射器3投射一张透过起偏器5灰度值为255且均匀分布的白光至被测物体1表面，再通过相机2拍摄所需的三张偏振角度下的图像再定量计算Stokes参数，可以得到偏振角对应像素的分布直方图，进行定量计算后得到的参数对应的偏振角像素分布直方图，如图3所示。该图像很清晰地反映出图像上各个像素点所对应的偏振角的分布情况，其中由于偏振角取值为0°-90°，因此图3中的横坐标取值为[0,1]并划分成9个有效区间代表0°-90°，其中[0.9,1]为无效区间，图3中的纵坐标取值为像素值。
所述对Stokes参数进行筛选取值，根据马吕斯定律，相机2最终所捕获的通过检偏器4的光强表达式可以写成：
，
其中，为相机捕获的偏振光光强；/>为相机捕获的非偏振光光强，θ为线偏振片角度，/>为理想中每个像素点对应的偏振角度。/>的值可以达到最小，此时对图像高光区域的抑制达到最强，同时图像会较暗，得出最佳偏振角度为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机2所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度。
S30，将编码条纹图案投射到被测物体1上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器4的夹角，并通过相机2拍摄不同偏振角度下被测物体1的偏振图像。
基于以上最佳偏振角调节检偏器4的夹角，由相机2拍摄条纹投影图案，并将这些图像基于图像融合算法进行图像融合。图像融合算法原理图，如图4所示。
可选地，所述调节检偏器4的夹角相机2拍摄到不同偏振角度下的偏振图像后，还包括：通过图像融合算法融合各个最佳偏振角度下的偏振图像，得到融合图像后，基于所述融合图像和格雷码重构原理对被测物体1进行三维重构。
格雷码（Gray code）是一种二进制编码方式，其特点是在相邻的码字之间只有一个位数发生变化。首先确定需要进行三维重构的数据范围和分辨率。例如，假设三维数据范围是从0到7，分辨率为1。然后创建一个3x3x3的立方体网格表示三维空间，每个小立方体代表一个体素（或像素），共27个体素，将27个体素按照格雷码顺序进行排序。格雷码的顺序保证了相邻体素之间只有一个位数发生变化。最后根据格雷码的排序，依次将不同的值赋给每个体素。例如，第一个体素的值为0，第二个体素的值为1，以此类推。通过这种方式，格雷码的重构原理可以用于对三维空间中的体素进行有序的赋值，从而实现三维重构。
本公开实施例中的基于Stokes参数的偏振测量方法，首先由相机2的成像模型得到物体世界坐标系到图像坐标系的转换关系；其次先对相机2的内部参数和外部参数进行标定，接着在已知相机2内外参数的情况下对结构光平面进行标定，得到光平面在世界坐标系中的表达方式；最后通过结构光扫描被测物体1进行三维重建和三维测量。
实施例2
作为本公开实施例的另一个方面，还提供一种基于Stokes参数的偏振测量***100，如图5所示，包括：
图像获取模块10，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；
最佳偏振角度确定模块20，根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；
Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
偏振图像获取模块30，将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
基于上述模块本公开实施例构建了一种基于Stokes参数的偏振测量***，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像，解决了使用偏振滤光片消除高光区域干扰时，图像信噪比过低的问题，且可以有效提高测量效率，使得对偏振角度的选取更加快速准确。
下面分别对本公开实施例的各个模块进行详细说明。
图像获取模块10，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像。
本实施例中，所采用的装置由相机、结构光发射器和被测物体三部分组成，基于激光三角测量原理，其中相机与结构光发射器在一个水平面上，结构光发射器发出结构光（也即白光）与被测物体的两个平面相交形成光条，相机和结构光发射器构成一个结构光视觉传感器，对应被测物体的一个平面视场，从而组成一套线结构光传感器。
其中，相机可选择8位的BFS-U3-23S3M-M型深度相机（配HC1605相机镜头），其分辨率为1920pixel×1200pixel，产自FLIR公司；所述结构光发射器可选择型号为TEXASINSTRUMENTS DLP LightCrafter 4500的分辨率为912pixel×1140pixel的投影仪器。两块偏振滤光片型号可选为opsp25.4，由北京Zolix生产。被测物体可选择为金属面具，由于被测物体属于一个金属物件且带有一半表面黑暗的区域，其表面反射率变化较大，在传统的结构光测量***下会存在大面积的过饱和像素，因此选择金属面具进行实验来对本公开中的方法进行验证。采用8位灰度相机传感器，因此结构光发射器3的最大光强度为255。
可选地，所述将白光投射到被测物体上，包括：由结构光发射器投射灰度值为255且均匀分布的白光通过起偏器投射至被测物体上。
最佳偏振角度确定模块20，根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度。所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；
Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度。
Stokes矢量法运用于对偏振状态的观测。Stokes矢量可以对自然界中任何光源进行分析且表示他们的偏振态，包括自然光、完全偏振光及部分偏振光，非单色光和单色光也可以通过Stokes矢量来表示。
可选地，所述相机拍摄到的不同偏振角度下的图像，包括：以偏振角度为0°时作为水平参考角度，在任意偏振角度θ状态下，相机所拍摄到的偏振图像辐射光强表示为：
，
其中，θ为线偏振片角度。
本实施例中，相机标定完成后就能够得到最优偏振角度的数值，因为光线通过偏振滤光片后再通过相机捕获都会起到对图像光强一定的削弱作用，所以本实施例中三个偏振角度下都会对高光区域有所抑制，同时对黑暗区域会导致区域亮度过低影响测量结果，因此对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度。
可选地，所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波。
本实施例中，通过结构光发射器投射一张透过起偏器灰度值为255且均匀分布的白光至被测物体表面，再通过相机拍摄所需的三张偏振角度下的图像再定量计算Stokes参数，可以得到偏振角对应像素的分布直方图，进行定量计算后得到的参数对应的偏振角像素分布直方图。该图像很清晰地反映出图像上各个像素点所对应的偏振角的分布情况，其中由于偏振角取值为0°-90°，因此该图像横坐标取值为[0,1]并划分成9个有效区间，其中[0.9,1]为无效区间。
所述对Stokes参数进行筛选取值，根据马吕斯定律，相机最终所捕获的通过检偏器后的光强表达式可以写成：
，
其中，为相机捕获的偏振光光强；/>为相机捕获的非偏振光光强，θ为线偏振片角度，/>为理想中每个像素点对应的偏振角度。/>的值可以达到最小，此时对图像高光区域的抑制达到最强，同时图像会较暗。得出最佳偏振角度为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度。
偏振图像获取模块30，将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
基于以上最佳偏振角调节检偏器的夹角，由相机拍摄条纹投影图案，并将这些图像基于图像融合算法进行图像融合。
可选地，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像后，还包括：通过图像融合算法融合各个最佳偏振角度下的偏振图像，得到融合图像后，基于所述融合图像和格雷码重构原理对被测物体进行三维重构。
格雷码（Gray code）是一种二进制编码方式，其特点是在相邻的码字之间只有一个位数发生变化。首先确定需要进行三维重构的数据范围和分辨率。例如，假设三维数据范围是从0到7，分辨率为1。然后创建一个3x3x3的立方体网格表示三维空间，每个小立方体代表一个体素（或像素），共27个体素，将27个体素按照格雷码顺序进行排序。格雷码的顺序保证了相邻体素之间只有一个位数发生变化。最后根据格雷码的排序，依次将不同的值赋给每个体素。例如，第一个体素的值为0，第二个体素的值为1，以此类推。通过这种方式，格雷码的重构原理可以用于对三维空间中的体素进行有序的赋值，从而实现三维重构。
本公开实施例中的基于Stokes参数的偏振测量***，首先由相机的成像模型得到物体世界坐标系到图像坐标系的转换关系；其次先对相机的内部参数和外部参数进行标定，接着在已知相机内外参数的情况下对结构光平面进行标定，得到光平面在世界坐标系中的表达方式；最后通过结构光扫描被测物体1进行三维重建和三维测量。
在一些实施例中，上述基于Stokes参数的偏振测量***100在使用中采用以下方式运行：
S1：运行图像获取模块10。获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器4在不同偏振角度下被测物体的图像；
S2：运行最佳偏振角度确定模块20。根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；
S3：运行偏振图像获取模块30。将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
基于对上述实施例的描述可知，本公开实施例可实现如下技术效果：
（1）本公开提出了一种基于Stokes参数的偏振测量方法或***，可以很好地处理传统结构光测量***中使用偏振滤光片消除高光区域干扰的情况下，相机拍摄的图像因为过暗导致信噪比过低的难题，可以明显的提升条纹图像的质量；
（2）本公开提出对偏振角度进行定量数学模型计算，可以有效提高***测量的效率，使实验过程中对偏振角度的选取更加快速准确。
实施例3
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1中基于Stokes参数的偏振测量方法。
本公开实施例3仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
电子设备可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备的组件可以包括但不限于：至少一个处理器、至少一个存储器、连接不同***组件（包括存储器和处理器）的总线。
总线包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器（RAM）和/或高速缓存存储器，还可以进一步包括只读存储器（ROM）。
存储器还可以包括具有一组（至少一个）程序模块的程序工具，这样的程序模块包括但不限于：操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器通过运行存储在存储器中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。
电子设备也可以与一个或多个外部设备（例如键盘、指向设备等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。网络适配器通过总线与电子设备的其它模块通信。应当明白，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID（磁盘阵列）***、磁带驱动器以及数据备份存储***等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例4
一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现实施例1中的基于Stokes参数的偏振测量方法的步骤。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本公开还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1中所述的基于Stokes参数的偏振测量方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于Stokes参数的偏振测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；
根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；
所述Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
所述最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
2.如权利要求1所述的基于Stokes参数的偏振测量方法，其特征在于，所述将白光投射到被测物体上，包括：由结构光发射器投射灰度值为255且均匀分布的白光通过起偏器投射至被测物体上。
3.如权利要求1所述的基于Stokes参数的偏振测量方法，其特征在于，所述相机拍摄到的不同偏振角度下的图像，包括：以偏振角度为0°时作为水平参考角度，在任意偏振角度θ状态下，相机所拍摄到的偏振图像辐射光强表示为：
，
其中，θ为线偏振片角度。
4.如权利要求1所述的基于Stokes参数的偏振测量方法，其特征在于，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像后，还包括：通过图像融合算法融合各个最佳偏振角度下的偏振图像得到融合图像，基于所述融合图像和格雷码重构原理对被测物体进行三维重构。
5.一种基于Stokes参数的偏振测量***，其特征在于，包括：
图像获取模块，获取将白光投射到被测物体上时，相机拍摄的检偏器在不同偏振角度下被测物体的图像；
最佳偏振角度确定模块，根据相机拍摄的不同偏振角度下的图像，定量计算Stokes参数，得到偏振角像素直方图，根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，进而确定最佳偏振角度；所述根据偏振角像素直方图对Stokes参数进行筛选取值，包括：总强度筛选、水平偏振筛选和垂直偏振筛选，所述总强度筛选用于选择具有特定强度范围的光波，所述水平偏振筛选用于选择具有特定水平偏振程度的光波，所述垂直偏振筛选用于选择具有特定垂直偏振程度的光波；
所述Stokes参数的表达形式由四个矢量组成，表示为：
，
其中，S 0表示白光光波整体的强度，S 1,S 2,S 3分别表示三个不同角度相互独立的偏振状态，且S 1,S 2,S 3均为实际测量数据；
最佳偏振角度表示为：
，
其中，为理想中每个像素点对应的偏振角度，/>是相机所捕获到的理想光强，与/>相正交后的偏振角度是所需的理想最优偏振角度；
偏振图像获取模块，将编码条纹图案投射到被测物体上，根据得到的最佳偏振角度调节检偏器的夹角，并通过相机拍摄不同偏振角度下被测物体的偏振图像。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述的基于Stokes参数的偏振测量方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的基于Stokes参数的偏振测量方法。
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