随着光电技术和计算机视觉的高速发展,三维成像技术精度越来越高而成本却逐渐降低,在医疗、建筑、考古、交通等领域的应用越来越广泛。然而目前常用的传统三维成像技术受制于成像设备多和光学系统复杂等系统因素,难以在满足低成木的同时实现细节纹理丰富的三维成像,而偏振成像技术可以在单探测器结合偏振器件的简单成像系统条件下实现较高细节丰富度的三维成像,是实现高性价比三维成像技术的一种选择。偏振三维成像技术通过获取目标物体的偏振信息,根据目标物体表面反射光的偏振特性与表面的几何结构之间的关系,求解出表面法线,进而重建出目标物体的三维表面。本文首先分析光的反射和折射特性和菲涅耳公式,在此基础上得出目标物体表面反射光的偏振特性与几何结构之间的关系,从而建立偏振三维成像模型。之后,本文研究分析了目标表面法线校正,从明暗恢复形状方法和基于梯度的三维重建方法来实现偏振三维成像。偏振三维成像技术中,受到目标物体形状或者光源的影响,物体表面的局部区域产生阴影,目标表面的重建结果会在阴影区域会出现较大的畸变,影响整体的三维成像效果。针对偏振三维成像中在阴影区域的畸变问题,本文提出了一种基于阴影图像模型的表面畸变校正方法。基于阴影图像模型的阴影去除方法对目标物体的阴影图像首先进行色线偏移量的校正,以消除图像中不同材料对于阴影检测的影响,之后通过阴影检测区分出非阴影区域、本影区域和半影区域,并由此建立阴影掩模,分别对阴影图像中的这三种区域进行阴影去除,最后将去除阴影后的强度图像利用从明暗恢复形状方法应用于偏振三维成像。阴影去除实验结果表明,本文所使用的阴影去除方法能够实现高准确度的阴影检测,较好保留非阴影区域的图像强度的同时实现大部分阴影区域的图像强度的还原,具有一定的可靠性,有助于偏振三维成像的表面畸变校正的实现。表面畸变校正的实验结果表明,本文中的偏振三维成像的表面畸变方法具有可行性和一定的可靠性,能够更加准确地实现目标物体的三维表面的恢复,而且还保留了偏振三维成像技术所实现的三维表面的细节纹理。经过分析,本文所研究分析的偏振三维成像中的表面畸变技术具有可行性,实现低畸变和高细节丰富度的偏振三维成像,为更加准确恢复目标表面的三维形状提供了新的思路。