基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法，在箱体侧板上的横向支撑板上设置有联动的正弦光栅、伺服电机和齿轮，在箱体底部有能与正弦光栅适配的激光器光源，在箱体中部设置有图像反射镜面，在箱体的另一端设置有单摄像头，采用正弦光栅照射于人体足底，由伺服电机控制物理光栅移动一定的距离，在足底表面形成四幅相位差为π/2的畸变光栅，通过工业相机分别采集四幅畸变的光栅图像，对光栅进行相位分析，从而求得足底的三维数据信息。本发明专利技术使用高精度工业相机对光栅图像进行采集，并采用四步相移的方法，可滤除随机噪声提高精度，且本系统只使用一个摄像头，减少系统成本并保持高精度扫描。

Plantar 3D scanning device and method based on single camera four step grating phase-shifting method

The invention discloses a foot bottom three-dimensional scanning device and method based on a single camera four step grating phase shift method. A sinusoidal grating, a servo motor and a gear are arranged on the lateral support plate on the side plate of the box, and there is a laser light source adapted to the sinusoidal grating at the bottom of the box, and the image reflection is set in the middle of the box. In the mirror, a single camera is set at the other end of the box, and a sinusoidal grating is used to irradiate the human foot. The servo motor controls the physical grating to move a certain distance, and four distorted gratings with a phase difference of PI /2 are formed on the surface of the foot. Four distorted grating images are collected by an industrial camera, and the phase of the grating is divided into phase. Thus, the three-dimensional data information of the sole is obtained. The invention uses a high precision industrial camera to collect the grating image, and uses the four step phase shift method to filter the precision of the random noise, and the system only uses one camera to reduce the system cost and keep the high precision scanning.

【技术实现步骤摘要】
基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法
本专利技术属于生物医学
，具体涉及一种基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法。
技术介绍
足部疾患主要包括高足弓、扁平足、足旋前、踇外翻、胼胝、足底筋膜炎等不同病症，还有由其他疾病引起的内外翻足、糖尿病足等。各种足部问题不但会产生局部症状，还会引起人体足部以上骨骼系统的对线不良，导致膝、髋、骨盆、脊柱椎体各部位关节出现问题，影响人体健康。而针对这种情况需要获取患者的足底形状，临床中现在一般采用足底石膏取模的接触式方法，但这种方法不适用于足部溃烂、坏疽以及其他足面创伤的患者，且制作成功率低，采集加工流程复杂、工艺繁琐，模型重复利用率差。而非接触式的三维扫描产品，市场上非常少，且都是国外进口设备，价格昂贵，影响一些病人的检查，影响病情发展，耽误治疗。在CN201410708967、CN104374332A、CN104339658A、CN104315979A、CN104359405A所公开的三维扫描装置虽然可以实现三维扫描功能，但是扫描的方式、精度及扫描装置的机械结构都不适于对人体足底扫描，并且以上产品的扫描周期都特别长本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，其特征在于，包括具有透明顶部的箱体(1)，在箱体(1)中部设置有横向支撑板(7)，横向支撑板(7)上设置有正弦光栅(8)、伺服电机(3)和单轴滚珠丝杠直线滑台(4)，正弦光栅(8)通过单轴滚珠丝杠直线滑台(4)与伺服电机(3)控制端相连，在箱体(1)底部且正弦光栅(8)的正前方设置有能与正弦光栅(8)适配的激光器光源(6)，在正弦光栅(8)和激光器光源(6)前方设置有图像反射镜面(5)，此外，在箱体(1)上还设置有单摄像头(2)。

【技术特征摘要】
1.基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，其特征在于，包括具有透明顶部的箱体(1)，在箱体(1)中部设置有横向支撑板(7)，横向支撑板(7)上设置有正弦光栅(8)、伺服电机(3)和单轴滚珠丝杠直线滑台(4)，正弦光栅(8)通过单轴滚珠丝杠直线滑台(4)与伺服电机(3)控制端相连，在箱体(1)底部且正弦光栅(8)的正前方设置有能与正弦光栅(8)适配的激光器光源(6)，在正弦光栅(8)和激光器光源(6)前方设置有图像反射镜面(5)，此外，在箱体(1)上还设置有单摄像头(2)。2.根据权利要求1所述的基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，其特征在于，图像反射镜面(5)与箱体(1)底面呈45°夹角，且图像反射镜面(5)朝向正弦光栅(8)的一侧。3.基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，包括以下步骤：步骤一、将白板置于箱体(1)的透明顶部，激光器光源(6)产生白光光束经过正弦光栅(8)形成光强分布函数已知的正弦光栅图像，进行系统标定，获取世界坐标系与摄像头坐标系之间的参数，将正弦光栅图像投射到箱体(1)的透明顶部，单摄像头(2)采集投射到透明顶部的光栅图像，然后伺服电机(3)工作控制正弦光栅(8)移动1/4栅距，单摄像头(2)继续采集第二张投射到顶部的光栅图像，再次移动1/4栅距，采集第三张光栅图像，再移动1/4栅距，采集第四张光栅图像，且待测物体不同位置的高度不同，所采集到的图像相应位置的相位也有所变化；步骤二、采集完四幅光栅图像，利用四步相移法解出光栅主相位，并用四次傅里叶变换对解出的主相位进行解包裹相位，提取光栅解相位后的其中一行相位值作为标准模板，将解包裹后的相位作为参考面标准相位；步骤三、将人体足底置于箱体(2)的透明顶部，按照步骤一的方式采集四副畸变光栅图像，利用四步相移法解出光栅主相位，并用四次傅里叶变换对解出的主相位进行解包裹相位，对畸变光栅解相位后的相位值进行查找表法与标准模板进行匹配，找出与标准模板最接近的相位值，并用标准模板内的最接近相位值对畸变光栅内的相位值进行替换，得到畸变光栅的最终相位真实值，并求解畸变光栅与参考面相位值差；步骤四、根据相位差值获得人体足底的三维点云数据；对人体足底的三维点云数据进行去噪处理，对三维点云数据进行快速傅里叶变换，在频域内对三维点云数据进行低通滤波去噪，滤除残差点与误差点，利用Geomagic软件进行处理，删除足底区域以外的冗余数据，仅保留有效点云数据；然后，将有效点云数据进行拼接与压缩，邻域删除点数据，减少数据量，构建Nurbs曲面，对Nurbs曲面进行高阶平滑处理，进而获取人体足底三维曲面。4.根据权利要求3所述的基于单摄像头...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，成少文，郭金涛，张明明，郭宇宇，王颖拓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61