基于DOLP引导的灰度与偏振混合调制的快速高动态范围三维测量技术研究

本文创新性地提出一种基于线性偏振度(DOLP)图像引导的相位融合方法，将偏振调制与灰度调制相结合，解决了条纹投影轮廓术(FPP)在复杂测量场景中同时存在过曝和欠曝区域时的三维重建难题。该方法针对低反射区域采用介电材料保留的DOLP相位偏移条纹进行重建，对显著去极化区域采用传统灰度相移分析，通过互补融合相位图实现了多材料混合场景下的快速、鲁棒性三维测量。

　　

Highlight
本研究针对复杂表面高动态范围(HDR)三维成像中的关键挑战，创新性地提出基于线性偏振度(DOLP)图像引导的相位融合方法。通过整合偏振编码结构光与四通道偏振相机，构建了简洁高效的测量系统。

Phase-shifting algorithm
相移算法作为最常用的三维测量方法之一，其N步正弦结构光可表示为：I_n(x,y)=A(x,y)+B(x,y)cos(φ(x,y)-2πn/N)，其中n∈[0,N-1]代表投影正弦条纹的索引，A为背景强度，B为调制强度。

Experiments
实验系统主要由3LCD投影仪(CB-FH52)、偏振黑白CMOS相机(FLIR BFS-U3-51S5P-C)和高精度升降平台组成。偏振相机采用索尼IMX250系列传感器（2/3英寸），配备16mm焦距镜头，投影仪分辨率为1920×1200。

Conclusion
本研究成功解决了复杂表面HDR三维成像中低反射率区域重建和去极化效应干扰等难题。通过融合灰度相位分析与DOLP相位提取，实现了多材料混合场景下单次曝光的高速精准测量，显著提升了传统偏振方法的测量鲁棒性和效率。