物体表面三维重建是光学工程和计算机图形学等领域的一个重要研究内容,在考古、工业制造、虚拟现实、航天医疗、视觉检测等诸多领域有着良好的应用前景和研究价值。在众多种类的被测目标当中,透明目标一直是三维重建的难点,由于该类物体反射率低,内部光传输情况复杂,易受周边环境影响,并且表面缺少纹理细节,传统方法难以实现对透明面型的三维重建。因此对透明目标三维重建的研究有着重要的理论意义和实用价值。本文提出了一种基于偏振分析的透明目标三维重建方法,采用单侧圆偏振光照明的测量系统提取目标的法线和梯度信息,并与高精度的梯度积分算法结合完成高度数据的计算以及三维面型的重建。首先,对圆偏振光环境下透明表面反射光的偏振状态进行研究和讨论,根据偏振光在分界面上的传播过程推导出圆偏振度与法向量之间的数学模型,并通过约束测量系统的位置结构消除关键参数的歧义解。其次,依据针孔模型的近似正交化方法确定被测表面的基准平面并建立空间坐标系,结合相机标定技术确定该坐标系与像素坐标系的转换关系,研究像素平面到基准物平面的投影过程。然后,分析基于傅里叶变换的模式法的基本原理与数学模型,依据泰勒级数理论对其差分采样模型进行改进,减小重建误差;为使新模型的计算数据满足离散傅里叶变换在周期性和尺寸方面的要求,结合反对称扩展和周期扩展的方法处理原始数据,并引入Gerchberg迭代理论重建非矩形数据。文章通过仿真实验验证提出算法在精度和计算时间方面的性能,结果显示其精度相对传统算法有明显的提高,并且计算速度较快,适合于大尺寸数据的重建。最后,通过搭建实验验证本文方法的可行性和有效性,实验结果显示,重建表面与原表面面型一致,并且精度较高,对于半径为98.97mm的球面,其均方根误差约为0.018mm;对于本文中的高次表面,其均方根误差约为0.016mm。