一种三维人体扫描装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维人体扫描装置和方法，所述装置包括：立体相机和计算机；所述立体相机包括光斑发生器、运动机构和两个相机；所述光斑发生器安装在所述运动机构上，用于向人体投射不可见随机光斑；所述运动机构用于带动所述光斑发生器持续进行周期性运动；所述两个相机用于采集人体图像并传输至所述计算机进行图像处理；所述方法包括步骤：标定立体相机的内外参数；生成运动的不可见随机光斑并采集K对人体图像；对K对人体图像通过空间-时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云；本发明专利技术的装置结构简单，操作简便，其应用的三维人体扫描方法能够在不引起人体不适的前提下快速、准确地生成人体表面的三维点云。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学三维测量领域，特别是指一种三维人体扫描装置和方法。
技术介绍
三维扫描技术根据其实现原理可以分为接触式与非接触式两类。其中，接触式三维扫描仪通过实际接触物体表面计算深度。此类方法获取数据精度高，一般用于工程制造业。然而接触式扫描有损坏待测物体的可能，另外其测量速度较慢，远低于结构光等非接触式扫描方法。非接触式扫描又可分为被动扫描与主动扫描两类方法。其中被动扫描方法不发射能量用于传感，而仅利用物体表面自身发出的信号。其具体又可以分为立体视觉技术、从运动恢复结构(structurefrommotion)、从阴影恢复形状(shapefromshading)、光度立体法(photometricstereo)等。被动扫描方法不需要特殊的硬件支持，设备成本较低，并可用于较大场景及户外场景。然而被动扫描方法对物体表面光照、纹理条件有要求，且一般计算复杂度高、算法鲁棒性较低。主动三维扫描技术包括激光扫描、结构光扫描、飞行时间法(TOF,time-of-flight)等。现有的三维人体扫描系统，如美国的基于激光扫描原理的Cyberware，其精度高，但价格昂贵(二十多万美元)；基于白光条纹扫描的Mega3PofInSpeck、深圳易尚三维人体扫描系统等，从多个视角对人体进行扫描，扫描时间快，5秒钟以内即可完成全身扫描，但这类系统在扫描时会向人体投射白光，会让人的眼睛有明显的不舒适感，设备价格也比较高(Mega3PofInSpeck10万美元，易尚35～50万人民币)；Artec手持式三维扫描仪，其价格相对较低(十几万人民币)，但扫描时间长，被扫描的人需要保持某个姿势3～5分钟，同时该扫描仪也会向人体投射白光，人的眼睛也会有不舒适感；微软的Kinect采用人眼不可见的近红外光进行三维扫描，扫描人体时，人眼没有任何感觉，舒适性很好，且价格很低(约1000人民币)，但它的精度很低(最好只能达到2～3mm的精度)，得到的三维人体模型不能很好地反映人体表面的细节信息。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种成本低、精度高、舒适性好的三维人体扫描装置和方法。基于上述目的本专利技术提供的一种三维人体扫描装置，包括：立体相机和图像处理器；所述立体相机包括光斑发生器、运动机构和两个相机；所述光斑发生器安装在所述运动机构上，用于向人体投射不可见随机光斑；所述运动机构用于带动所述光斑发生器持续进行周期性运动；所述两个相机以一定间隔设置，用于采集K对人体图像并传输至所述图像处理器；所述图像处理器，用于对所述K对人体图像通过空间-时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云。优选的，所述立体相机还包括一水平设置的支架，所述两个相机分别设置在所述支架两端，所述运动机构固定在所述支架上且位于所述两个相机之间。可选的，所述运动机构能够带动所述光斑发生器持续进行水平方向的摆动运动、竖直方向摆动运动或旋转运动。可选的，所述立体相机有多个，用于从多角度同时采集人体图像。本专利技术还提供了一种使用如上述任意一项所述的装置进行三维人体扫描的方法，包括以下步骤：标定立体相机的内外参数；计算机控制所述立体相机开始工作，运动机构带动光斑发生器进行持续周期性运动，由所述光斑发生器向人体投射运动的不可见随机光斑，同时，两个相机连续采集K对人体图像；计算机对所述两个相机采集的K对人体图像通过空间-时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云。优选的，进一步包括步骤：采用SSD相似度，将所述K对人体图像和一个三维的窗口进行对应点搜索，以实现立体匹配并生成视差图；根据标定的立体相机的基线长度和等效焦距，将所述视差图转为三维点云。优选的，在通过SSD相似度进行立体匹配时，采用金字塔搜索策略，进行由粗到精的快速匹配。优选的，在通过SSD相似度进行立体匹配时，采用双向匹配剔除误匹配点。优选的，在通过SSD相似度进行立体匹配时，对以SSD得到的匹配位置为中心的2个像素进行细分，细分间隔为0.1像素；再用SSD相似度对这21个位置进行搜索，找到SSD得分最低的位置，作为最终的匹配结果。可选的，当仅设置有一个所述立体相机时，使所述立体相机从人体的多个面进行多次图像采集和立体匹配重建，将每次生成的三维点云拼接得到人体全身模型；当设置有多个所述立体相机时，所述多个立体相机同时从人体的多个面进行图像采集和立体匹配重建，将生成的三维点云拼接得到人体全身模型。从上面所述可以看出，本专利技术提供的三维人体扫描装置和方法，通过向人体投射运动的不可见随机光斑并采集图像，使用空间-时间立体视觉技术对采集的图像进行准确的立体匹配重建，从而快速生成人体表面的三维点云，同时避免了现有装置在扫描过程中引起的人体不适，即提供了一种成本低、精度高、舒适性好的三维人体扫描装置，能够为3D照相、虚拟试衣、人体体型参数测量等应用高效准确地提供三维人体模型数据；由于使用了运动的随机光斑，不同图像中的光斑分布完全不同，这为匹配重建步骤提供了更为丰富、可靠的数据，使立体匹配重建的结果更加准确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的三维人体扫描装置结构示意图；图2为本专利技术实施例的三维人体扫描方法流程图；图3(a)为一般的立体视觉技术的立体匹配示意图；图3(b)为本专利技术实施例采用的空间-时间立体视觉技术的立体匹配示意图；图4为立体相机采集的人体图像示例图；图5为使用本专利技术实施例的方法得到的三维人体模型。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种三维人体扫描装置，该装置包括立体相机和图像处理器，其中，立体相机用于图像的采集，一般采集K对人体图像，图像处理器则用于对采集到的图像进行处理，对所述K对人体图像通过空间-时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云。作为优选的，图像处理器为计算机，其同时能够对立体相机的工作状态进行控制。在其他实施例中，图像处理器还可以是具有上述图像处理功能独立装置或功能模块。所述的立体相机包括光斑发生器、运动机构和两个相机。光斑发生器安装在运动机构上，可向目标表面投射出许多杂乱的人眼不可见的光斑点。运动机构由微型电机驱动，能够带动光斑发生器持续进行各种不同形式的周期性运动，如摆动、旋转。光斑发生器和运动机构同时工作即能够在被扫描的人体表面形成移动的光斑。在人体表面形成移动的光斑后，由两个相机采集人体图像；一般的，两个相机以对称的方式设置，其采集到为人体同一面(或大部分区域都是人体的同一个面)的一对图像。计算机接收立体相机采集到的人体图像进行立体匹配重建，最终生成人体表面的三维点云。在进行三维人体扫描时，通过立体相机在人体的不同方位进行先后多次的采集工作，每次采集并立体重建生成的是人体的局部的三维数据，计算机进行处理时，会将多次采集到的各个面的三维数据拼接起来，就可以得到完整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维人体扫描装置，其特征在于，包括：立体相机和图像处理器；所述立体相机包括光斑发生器、运动机构和两个相机；所述光斑发生器安装在所述运动机构上，用于向人体投射不可见随机光斑；所述运动机构用于带动所述光斑发生器持续进行周期性运动；所述两个相机以一定间隔设置，用于采集K对人体图像并传输至所述图像处理器；所述图像处理器，用于对所述K对人体图像通过空间‑时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云。

【技术特征摘要】
1.一种三维人体扫描装置，其特征在于，包括：立体相机和图像处理器；所述立体相机包括光斑发生器、运动机构和两个相机；所述光斑发生器安装在所述运动机构上，用于向人体投射不可见随机光斑；所述运动机构用于带动所述光斑发生器持续进行周期性运动；所述两个相机以一定间隔设置，用于采集K对人体图像并传输至所述图像处理器；所述图像处理器，用于对所述K对人体图像通过空间-时间立体视觉技术进行立体匹配重建，拼接生成人体表面的三维点云。2.根据权利要求1所述的三维人体扫描装置，其特征在于，所述立体相机还包括一水平设置的支架，所述两个相机分别设置在所述支架两端，所述运动机构固定在所述支架上且位于所述两个相机之间。3.根据权利要求1所述的三维人体扫描装置，其特征在于，所述运动机构能够带动所述光斑发生器持续进行水平方向的摆动运动、竖直方向摆动运动或旋转运动。4.根据权利要求1所述的三维人体扫描装置，其特征在于，所述立体相机有多个，用于从多角度同时采集人体图像。5.一种使用如权利要求1至4任意一项所述的装置进行三维人体扫描的方法，其特征在于，包括以下步骤：标定立体相机的内外参数；计算机控制所述立体相机开始工作，运动机构带动光斑发生器进行持续周期性运动，由所述光斑发生器向人体投射运动的不可见随机光斑，同时，两个相机连续采集K对...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉华，邓庆华，欧建良，
申请(专利权)人：长沙维纳斯克信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43