本发明专利技术为一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置和方法，装置将由座椅坐垫、座椅支撑杆、扶手、扶手支撑板、脚踏板构成的坐姿支撑台，固接在电动转台上，跟随电动转台一起转动。一台Kinect深度相机立于电动转台前方，人体坐立于坐姿支撑台中，调节座椅高度与扶手位置使其保持规定坐姿，开启电动转台使其匀速转动，同时启动KinectFusion三维重建功能，电动转台旋转一周后，获取人体三维重建初始数据。使用直通滤波和最小二乘拟合法进行数据处理，得到最终完整的人体坐姿三维重建模型。本发明专利技术解决了传统三维重建装置对坐姿人体遮挡的问题，装置构成合理，操作简单，可以快速扫描得到完整的人体坐姿三维模型，具有成本低、精度高、通用性强、使用方便的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置和方法
本专利技术涉及三维重建
，特别是涉及人体坐姿三维扫描的装置，同时提出了运用该装置实施人体坐姿三维重建的方法。
技术介绍
人体三维重建技术在现代医学、虚拟现实、人机交互等领域有着重要应用，也是近年计算机视觉领域的一个热门研究课题。除站姿外，坐姿是人们生活和工作中最常采用的基本姿势，研究坐姿下人体的三维重建方法，对人体数据库建立、乘坐用具开发等方面具有重要作用。目前的人体三维重建研究主要集中在对人体标准站立姿势的重建，而缺少对坐姿重建装置及方法的研究。不同于站姿，人体坐姿扫描需要解决两方面技术问题：首先，坐姿扫描需要更复杂的人体支撑试验台，在扫描过程中，试验台的支撑结构会不可避免的对扫描人体有所遮挡，从而对重建出的人体模型的完整性造成影响，降低人体坐姿三维几何重建精度；其次，在坐姿状态下，人体部分部位会由于人体自遮挡或设备扫描视角的限制导致人体几何出现孔洞，例如臀部与大腿底部与三维扫描设备的视角平行，导致该部位的三维数据不易被捕捉到，从而使重建出的三维模型在该处形成孔洞。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于Kinect的人体坐姿三维重建的装置和方法，本专利技术不仅能有效降低扫描过程中支撑结构对人体的遮挡，而且能对未扫描到的孔洞进行修补，从而快速重建出完整的三维坐姿人体几何，同时使用方便、成本低廉、通用性强、灵活性好、占用空间小，不受环境影响。本专利技术解决其技术问题所采用的的技术方案是：一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，包括电动转台（1）、与电动转台（1）固连的坐姿支撑台、朝向电动转台（1）的三维扫描设备、与三维扫描设备连接的数据处理系统；所述电动转台（1）可由人工控制其在任意时刻开启转动和停止转动，其转动速度可调。所述坐姿支撑台包括座椅支撑杆（2）、座椅坐垫（3）、扶手（4）、扶手支撑板（5）、脚踏板（6）；进一步的，所述座椅坐垫（3）固接在座椅支撑杆（2）上，所述座椅支撑杆（2）高度可调，所述扶手支撑板（5）两侧均匀分布有插接孔（11），扶手（4）的底部可插在插接孔（11）内并与其螺栓连接。进一步的，所述坐姿支撑台可拆卸，并更换为带靠背的坐姿支撑台，所述带靠背的坐姿支撑台包括座椅支撑杆（2）、座椅坐垫（3）、扶手（4）、扶手支撑板（5）、脚踏板（6）、调节螺栓（12）、靠背支杆（13）、靠背（14）；所述三维扫描设备包括Kinect深度相机（7）和三脚架（8）；进一步的，所述Kinect深度相机（7）固接在三脚架（8）顶端且镜头指向人体，三脚架（8）高度可随人体坐高调节，调节范围为60cm～150cm。所述数据处理系统包括USB数据线（9）、计算机（10）；进一步的，所述计算机（10）中安装有Kinect驱动程序和自定义坐姿三维数据处理软件。进一步的，所述座椅坐垫（3）、扶手（4）、脚踏板（6）、靠背（14）均采用高透光性材料（如亚克力）制成，人体各部位直接与这些部件接触，由于其高透光性将不被Kinect深度相机（7）捕捉，解决了坐姿支撑结构对人体遮挡的问题，提高人体坐姿重建模型的精度。优选地，所述固定于三脚架（8）上的Kinect深度相机（7）离地面高度为0.35h～0.60h，与电动转台（1）中心距离为0.9h～1.2h（h为人体坐高）。优选地，所述电动转台（1）的转速为45～65秒/转。所述人体坐姿三维重建的方法包括如下步骤：(a)开启计算机（10），调用KinectFusion工具，初始化系统参数，包括扫描范围、图像分辨率，模型输出格式等；(b)调整座椅坐垫（3）高度和扶手（4）位置，使坐在其上的人体保持规定坐姿；(c)人体坐立于电动转台（1）中，手臂张开握住扶手（4），双脚置于脚踏板（6）上，双腿自然打开；(d)启动KinectFusion三维重建功能，同时开启电动转台（1）使其匀速转动，电动转台（1）旋转一周后，获取人体三维重建初始数据；(e)使用直通滤波器，去除人体以外的背景和环境数据；(f)将人体点云中存在孔洞的位置分割出来，切取截面点云，利用最小二乘法对截面点云进行曲线拟合，通过拟合函数获得孔洞处填补点的三维坐标，完成该截面的点云孔洞修补，得到最终完整的人体坐姿三维重建模型。在本专利技术中，通过旋转坐姿对象一周，软件部分采集人体点云数据，并对提取的点云数据进行去背景、孔洞填补等处理，获得具有较高细节特征的人体坐姿三维几何模型。座椅坐垫（3）高度和扶手（4）位置可根据待三维重建的人体身材进行调整，使人体保持规定的坐姿。同时，随着座椅坐垫（3）高度的调整，即人体坐高的变化，固定于三脚架（8）上的Kinect深度相机（7）距离地面高度和与电动转台（1）中心距离也随之变化，从而保证了最佳的三维扫描精度。本专利技术相对于现有技术具有如下优点：1.本专利技术针对人体坐姿的特点，公开了一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置和方法，解决了传统三维重建装置对坐姿人体遮挡的问题，运用本专利技术可以快速扫描得到完整的人体坐姿三维模型，在人体数据库建立、乘坐用具开发等应用领域具有重要作用。2.本专利技术装置构成合理，操作简单，可根据不同身材的人体调整尺寸和位置，灵活性好，通用性强。3.本专利技术重建精度高，成本低廉，使用方便，占用空间小且便于操作，可广泛应用于不同地区人群的坐姿三维重建。附图说明图1是本专利技术实施例1的装置整体结构示意图图2是本专利技术实施例2的装置整体结构示意图图3是本专利技术具体实施方式的方法流程图图例说明1、电动转台2、座椅支撑杆3、座椅坐垫4、扶手5、扶手支撑板6、脚踏板7、Kinect深度相机8、三脚架9、USB数据线10、计算机11、插接孔12、调节螺栓13、靠背支杆14、靠背。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：一种基于Kinect的人体标准坐姿三维重建装置如图1所示，它包括电动转台1、座椅支撑杆2、座椅坐垫3、扶手4、扶手支撑板5、脚踏板6、Kinect深度相机7、三脚架8、USB数据线9、计算机10、插接孔11。在本实施例中，座椅坐垫3、座椅支撑杆2、扶手4、扶手支撑板5、脚踏板6构成标准坐姿支撑台，固接在电动转台1上，跟随电动转台1一起匀速转动，座椅坐垫3的高度可通过座椅支撑杆2调节，扶手支撑板5两侧均匀加工有插接孔11，扶手4的底部可通过插在不同位置的插接孔11内来调节扶手4的位置，Kinect深度相机7固定在三脚架8的顶端，并通过USB数据线9与计算机10进行数据连接。电动转台1放置在三脚架8的一侧，Kinect深度相机7的镜头朝向电动转台1，计算机10安装有Kinect驱动程序和自定义坐姿三维数据处理软件。Kinect深度相机7的有效拍摄距离为0.5～4.5m，其三维重建精度随距离的增加不断下降，拍摄距离过近，则Kinect深度相机7无法扫描到完整的坐姿人体，而不同年龄和身材的人体具有不同的坐姿高度。因此，优选设置所述固定于三脚架8上的Kinect深度相机7离地面高度为0.45h，与电动转台1中心距离为1.1h（h为人体坐高）。为了去除坐姿支撑台对人体几何的遮挡，同时为了快捷准确地去除扫描得到的三维模型中人体几何以外的数据，采用高透光性的亚克力材料作为与人体直接接触的座椅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，它主要包括电动转台（1）、坐姿支撑台、三维扫描设备和数据处理系统，其特征在于，坐姿支撑台固定连接在电动转台（1）上，跟随电动转台（1）一起匀速转动，三维扫描设备朝向电动转台（1），并与数据处理系统相连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，它主要包括电动转台（1）、坐姿支撑台、三维扫描设备和数据处理系统，其特征在于，坐姿支撑台固定连接在电动转台（1）上，跟随电动转台（1）一起匀速转动，三维扫描设备朝向电动转台（1），并与数据处理系统相连接。2.如权利要求1所述的基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，其特征在于：所述坐姿支撑台包括座椅支撑杆（2）、座椅坐垫（3）、扶手（4）、扶手支撑板（5）、脚踏板（6），座椅坐垫（3）固接在座椅支撑杆（2）上，座椅支撑杆（2）高度可调，扶手支撑板（5）上加工有插接孔（11），插接孔（11）在扶手支撑板（5）两侧均匀分布，扶手（4）的底部可插在插接孔（11）内。3.如权利要求1所述的基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，其特征在于：所述三维扫描设备包括Kinect深度相机（7）和三脚架（8），Kinect深度相机（7）固接在三脚架（8）顶端且镜头指向人体，三脚架（8）高度可随人体坐高调节，调节范围为60cm～150cm。4.如权利要求1所述的基于Kinect的人体坐姿三维重建装置，其特征在于：所述数据处理系统包括计算机（10）和USB数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，曹立波，谭力凡，游雅利，陶武康，
申请(专利权)人：湖南师范大学，湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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