基于3D头部数据的眼镜自动设计系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统，包括用于采集头部多幅图像的图像采集模块；用于提取多幅图像中的特征点的3D模型生成模块；用于根据3D头部数据提取眼镜架的设计参数进而形成眼镜架模型的眼镜架设计模块；用于根据双眼视力状况和眼镜架的设计参数确定镜片参数，进而得到镜片模型的镜片设计模块；用于根据眼镜架模型和镜片模型合成眼镜3D模型的合成设计模块；用于显示眼镜3D模型的佩戴效果，并根据佩戴效果调整眼镜架模型和/或镜片模型以完成眼镜的设计的显示调整模块。本发明专利技术实现了眼镜的个性化、定制化、自动化设计和制造，采用多台相机控制技术进行头部特征信息的采集，可以显著提高采集效率和设计准确度。

Glasses automatic design system based on 3D head data

The invention provides an automatic glasses design system based on 3D head data, including an image acquisition module for capturing multiple images of the head, a 3D model generation module for extracting feature points from multiple images, and a glasses mounting device for extracting design parameters of the glasses mount and forming a glasses mount model based on 3D head data. The design module is used to determine the lens parameters according to the binocular vision and the design parameters of the spectacle frame, and then get the lens design module of the lens model; the design module is used to synthesize the 3D model of the spectacles according to the spectacle frame model and the lens model; the wearing effect of the 3D model of the spectacles is displayed and the eye is adjusted according to the wearing effect. The mirror rack model and / or lens model are used to complete the display adjustment module of the glasses design. The invention realizes the individualization, customization, automatic design and manufacture of glasses, and adopts the multi-camera control technology to collect the head feature information, which can significantly improve the collection efficiency and design accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于3D头部数据的眼镜自动设计系统
本专利技术涉及数据采集和智能制造
，特别涉及一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统。
技术介绍
2016年国家统计局对全国范围内的学校进行学生视力普查数据表明，全国小学生的近视率为27％，初中生为53％，高中生为72％，中专生为50％，大学生为88.48％。然而中国的眼镜市场却存在一种严重的矛盾：一方面中国已经成为了世界上最大的眼镜生产国和眼镜消费国，眼镜的内需市场非常巨大；另一方面，现有的眼镜设计制造却依然简单参照国外眼镜设计方法，设计过程中仍以西方头型特征为主，国内消费者花费高昂费用却依然不能买到一副佩戴舒适的，甚至是适合自己的眼镜。针对中国人的特点设计合适的眼镜有重要意义，头部数据是影响眼镜结构设计的关键参数，如何准确采集国人的头部数据为中国的眼镜设计提供设计参考，并根据头部数据解决眼镜框架的尺寸应基于人脸形态特征以达到高舒适性成为亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统。本专利技术实施例提供了一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统，其包括：图像采集模块，用于采集头部的多幅图像，所述图像采集模块包括由多台相机组成的相机矩阵；3D模型生成模块，用于提取所述多幅图像中的特征点，生成头部特征的点云数据，并根据所述点云数据生成头部的3D模型，完成3D头部数据的采集；眼镜架设计模块，用于根据所述3D头部数据提取眼镜架的设计参数进而形成眼镜架模型；镜片设计模块，用于根据双眼视力状况和所述眼镜架的设计参数确定镜片参数，进而得到镜片模型；合成设计模块，用于根据所述眼镜架模型和镜片模型合成的眼镜3D模型；显示调整模块，用于显示所述眼镜3D模型的佩戴效果，并根据佩戴效果调整眼镜架模型和/或镜片模型以完成眼镜的设计。进一步的，所述3D模型生成模块包括：特征点提取单元，用于对所述多幅图像进行处理，提取所述多幅图像中各自的特征点；点云生成单元，用于根据所述特征点的特征进行特征点的匹配，建立匹配的特征点数据集，根据多台相机的光学信息，计算各台相机相对于头部在空间上的相对位置，根据所述相对位置计算出所述多幅图像中的特征点的空间深度信息，所述点云生产单元根据匹配的特征点数据集和特征点的空间深度信息，生成头部特征的点云数据；3D模型构建单元，用于根据所述头部特征的点云数据构建头部的3D模型，完成3D头部数据的采集。进一步的，所述特征点提取单元采用尺度不变特征转换SIFT特征描述子来描述所述多幅图像中各自特征点的特征；所述点云生成单元采用光束平差法计算各台相机相对于头部在空间上的相对位置；所述空间深度信息包括：空间位置信息和颜色信息。进一步的，所述3D模型构建单元用于设定待构建的3D模型的参考尺寸，并根据所述参考尺寸和空间位置信息确定所述点云数据中各个特征点的空间尺寸，从而构建3D头部模型。进一步的，所述眼镜架设计模块用于根据所述3D头部数据计算眼镜架作用区域的数据并根据所述眼镜架作用区域的数据提取出所述眼镜架的设计参数。进一步的，所述眼镜架作用区域的数据包括：耳部左右耳屏点和耳根外轮廓的数据、鼻部鼻子两侧倾角和鼻梁的数据以及眼部眼眶和瞳距的数据；所述眼镜架的设计参数包括：镜腿、镜圈、镜框、鼻梁、鼻托和桩头。进一步的，所述眼镜架设计模块还用于确定眼镜架的款式，眼镜架设计模块将所述眼镜架的设计参数与所述款式的眼镜架的数据进行尺寸匹配计算，根据计算结果形成眼镜架模型。进一步的，所述眼镜架设计模块通过3D扫描仪扫描现有眼镜获得不同款式眼镜架的数据。进一步的，所述眼镜架设计模块用于根据由所述3D头部数据获得的眼镜架的设计参数对所述款式眼镜架的数据进行调整，进而形成眼镜架模型。进一步的，还包括3D打印设备，所述3D打印设备用于根据眼镜3D模型打印完成设计后的眼镜。进一步的，所述3D打印设备打印的眼镜为无框眼镜，所述无框眼镜包括：镜圈、镜腿、鼻梁和鼻托；所述无框眼镜的材质为18K金。进一步的，所述3D打印设备打印的眼镜为半框眼镜或有框眼镜，所述半框眼镜或有框眼镜均包括：镜圈、桩头、镜腿、鼻梁和鼻托；所述3D打印设备采用钛合金材料打印所述镜圈、镜腿、桩头和鼻梁。进一步的，所述图像采集模块还包括：支撑结构以及设置在所述支撑结构上的弧形承载结构，所述多台相机布置在所述弧形承载结构上形成所述相机矩阵；与所述支撑结构连接的底座，在所述底座上设有用于固定人体拍照位置的座椅，当人体位于所述座椅上时，自动利用所述相机矩阵采集人体的头部信息。进一步的，所述弧形承载结构上还设有用于显示3D头部数据的显示器；所述显示器还用于设定各台相机的拍照参数。本专利技术能够达到如下有益效果：本专利技术基于3D头部数据的眼镜自动设计系统，采用多台相机采集头部的特征信息，得到头部的多幅图像，提取所述多幅图像中的特征点，生成头部特征的点云数据；根据点云数据构建头部的3D模型，以实现对3D头部数据的采集；根据3D头部数据提取眼镜架的设计参数，形成眼镜架模型；根据双眼视力状况和眼镜架的设计参数确定镜片参数，显示根据所述眼镜架模型和镜片模型合成的眼镜模型，根据显示效果调整眼镜架模型和/或镜片模型以完成眼镜设计。在完成眼镜设计后通过3D打印来实现眼镜的装配式生产，这样可以快速、低成本、高匹配的生产出适合用户头部、面部特征的眼镜，提升了用户体验。实现了眼镜的个性化、定制化、自动化设计和制造，设计制造的眼镜完全贴合佩戴者，提高了舒适度。采用多台相机控制技术进行头部特征信息的采集，可以显著提高采集效率，而且多台相机从多角度拍摄的照片拼接为完整的立体三维特征，可完整地复原头部(包括面部)在空间上的各项特征，为包括设计眼镜在内的头部数据应用提供了无限的可能性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示意了根据本专利技术的基于3D头部数据的眼镜自动设计系统的内部模块及连接示意图；图2示意了根据本专利技术另一个实施例的基于3D头部数据的眼镜自动设计系统的模块流程示意图；图3示意了根据本专利技术一实施例的眼镜架设计模块根据采集的3D头部数据建立坐标系的示意图；图4示意了根据本专利技术一实施例的眼镜架设计模块根据采集的3D头部数据确定镜腿参考面的示意图；图5示意了根据本专利技术一实施例的基于3D头部数据的眼镜自动设计系统的图像采集模块及3D模型生成模块的工作流程图；图6示意了根据本专利技术一实施例的布局多台相机组成相机矩阵的结构示意图；图7示意了根据本专利技术一实施例的基于3D头部数据的眼镜自动设计系统的结构示意图；图8示意了根据本专利技术一实施例的基于3D头部数据的眼镜自动设计系统的显示操作界面的示意图；图9示意了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统，其特征在于，包括：图像采集模块，用于采集头部的多幅图像，所述图像采集模块包括由多台相机组成的相机矩阵；3D模型生成模块，用于提取所述多幅图像中的特征点，生成头部特征的点云数据，并根据所述点云数据生成头部的3D模型，完成3D头部数据的采集；眼镜架设计模块，用于根据所述3D头部数据提取眼镜架的设计参数进而形成眼镜架模型；镜片设计模块，用于根据双眼视力状况和所述眼镜架的设计参数确定镜片参数，进而得到镜片模型；合成设计模块，用于根据所述眼镜架模型和镜片模型合成的眼镜3D模型；显示调整模块，用于显示所述眼镜3D模型的佩戴效果，并根据佩戴效果调整眼镜架模型和/或镜片模型以完成眼镜的设计。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D头部数据的眼镜自动设计系统，其特征在于，包括：图像采集模块，用于采集头部的多幅图像，所述图像采集模块包括由多台相机组成的相机矩阵；3D模型生成模块，用于提取所述多幅图像中的特征点，生成头部特征的点云数据，并根据所述点云数据生成头部的3D模型，完成3D头部数据的采集；眼镜架设计模块，用于根据所述3D头部数据提取眼镜架的设计参数进而形成眼镜架模型；镜片设计模块，用于根据双眼视力状况和所述眼镜架的设计参数确定镜片参数，进而得到镜片模型；合成设计模块，用于根据所述眼镜架模型和镜片模型合成的眼镜3D模型；显示调整模块，用于显示所述眼镜3D模型的佩戴效果，并根据佩戴效果调整眼镜架模型和/或镜片模型以完成眼镜的设计。2.根据权利要求1所述的眼镜自动设计系统，其特征在于，所述3D模型生成模块包括：特征点提取单元，用于对所述多幅图像进行处理，提取所述多幅图像中各自的特征点；点云生成单元，用于根据所述特征点的特征进行特征点的匹配，建立匹配的特征点数据集，根据多台相机的光学信息，计算各台相机相对于头部在空间上的相对位置，根据所述相对位置计算出所述多幅图像中的特征点的空间深度信息，所述点云生产单元根据匹配的特征点数据集和特征点的空间深度信息，生成头部特征的点云数据；3D模型构建单元，用于根据所述头部特征的点云数据构建头部的3D模型，完成3D头部数据的采集。3.根据权利要求2所述的眼镜自动设计系统，其特征在于：所述特征点提取单元采用尺度不变特征转换SIFT特征描述子来描述所述多幅图像中各自特征点的特征；所述点云生成单元采用光束平差法计算各台相机相对于头部在空间上的相对位置；所述空间深度信息包括：空间位置信息和颜色信息。4.根据权利要求2所述的眼镜自动设计系统，其特征在于：所述3D模型构建单元用于设定待构建的3D模型的参考尺寸，并根据所述参考尺寸和空间位置信息确定所述点云数据中各个特征点的空间尺寸，从而构建3D头部模型。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：左忠斌，左达宇，胡炎军，
申请(专利权)人：天目爱视北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11