伴随着计算机科学的高速发展,三维重建作为计算机视觉与图形学交叉的一项技术,一直以来都是研究者们研究的重点和热点领域。三维重建技术更是在现代医学、虚拟现实、智能导航以及文物保护等领域有着广泛的应用,与此同时,对于重建方法的灵活性和便利性要求也越来越高。在对比学习与研究了大量国内外三维重建技术的相关资料后,作者提出了一种适用于透明目标三维表面重建的方案,实现了一种基于几何光学和图像处理方法的三维重建方法。论文实验方法的主要工作有:搭建透明目标梯度测量系统、由图像处理方法获取梯度数据、由梯度场重建目标三维表面。本文构建的梯度测量系统使用液晶显示屏作为颜色模版的投影光源,单目摄像机捕获由透明物体折射后的彩色投影图像,投影图像的每一个颜色区域都对应着颜色模版上的一种已知颜色,通过一系列图像处理操作对投影图像和颜色模版进行特征匹配,可以回溯每个颜色区域到投影图像的光路图,测量必要的实验参数,就可以采用几何光学的知识求得每个区域对应的梯度,并最终由梯度场重建三维表面,三维点云的还原方法采用了全局积分技术中常用的傅里叶积分变换法,三维表面的生成采用了改进的三角形生长法,实体建模结果由软件渲染获得。本文引入了模糊识别的概念匹配投影图像和模版图像,通过构造模糊相似矩阵求解投影图像上的目标颜色和标准色的相似程度。此外,本文设计采用了一对相互正交的彩色条纹作为投影的颜色模版,该方法可以将图像采样率由N提高到N2,大大提高了三维重建的采样密度。实验中,本文对多个外形不规则的透明物体以及多帧水面进行了表面梯度场测量以及三维重建,考察了透明物体重建值与实际值的误差并且对水面的重建结果做了简单的水面动力学模拟。通过对实验结果的分析可以看出,针对厚度较薄或下表面是平面的透明目标,本文的三维重建方法是可行有效的。特别的,对于水面等表面变化平缓光滑的目标时,本文的重建结果较好。