一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法技术

本发明专利技术涉及一种三维扫描方法，尤其涉及一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法。本发明专利技术要解决的技术问题是提供一种只需要单个摄像头就能够对人体进行三维扫描、可以将扫描后的人体数据实现虚拟重建、对设备要求较低的基于单目视频全景人体三维扫描及虚拟重建方法。为了解决上述技术问题，本发明专利技术提供了这样一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法，实施设备包括摄像头、环形导轨支架、计算机、支杆和底座。本发明专利技术对人体扫描是非入侵式的，系统便宜简单，充分利用了现有的数据库，简化了数据采集的过程，将大多部分工作转移到与数据库的对比和匹配上，可以完全交给计算机辅助完成。

A panoramic human body 3D scanning and virtual reconstruction method

The invention relates to a three-dimensional scanning method, in particular to a panoramic human body three-dimensional scanning and virtual reconstruction method. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of three-dimensional scanning and virtual reconstruction of human body based on monocular video panoramic panoramic human body, which can realize virtual reconstruction of scanned human body data only by a single camera, and has low requirement for equipment. In order to solve the above technical problems, the invention provides such a panoramic human body three-dimensional scanning and virtual reconstruction method. The implementation equipment includes a camera, a ring guide bracket, a computer, a support rod and a base. The human body scanning system of the invention is non-invasive, cheap and simple, makes full use of the existing database, simplifies the process of data acquisition, transfers most of the work to the comparison and matching with the database, and can be completely handed over to computer-aided completion.

【技术实现步骤摘要】
一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法
本专利技术涉及一种三维扫描方法，尤其涉及一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法。
技术介绍
国际上常用的人体扫描仪有Telmat的SYMCAD、TurboFlash/3D、TC2-3T6等，但是目前三维人体测量产品价位较高，一套系统售价在几百万以上，需要对个摄像头，对设备要求高，因此亟需研发一种只需要单个摄像头就能够对人体进行三维扫描、可以将扫描后的人体数据实现虚拟重建、对设备要求较低的基于单目视频全景人体三维扫描及虚拟重建方法。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题本专利技术为了克服目前三维人体测量产品价位较高、需要对个摄像头、对设备要求高的缺点，本专利技术要解决的技术问题是提供一种只需要单个摄像头就能够对人体进行三维扫描、可以将扫描后的人体数据实现虚拟重建、对设备要求较低的基于单目视频全景人体三维扫描及虚拟重建方法。(2)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了这样一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法，实施设备包括摄像头、环形导轨支架、计算机、支杆和底座，摄像头与计算机相连，计算机与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头装有环形导轨支架，环形导轨支架下部安装有支杆，支架底端安装有底座，摄像头可以围绕人体360°拍摄，然后将采集到的人体轮廓数据输入计算机，通过函数算法与数据库内的数据进行匹配，完成各种虚拟三维重建。优选地，环形导轨支架采用硬质合金钢。优选地，摄像头与水平面的夹角为-45度。工作原理：摄像头与计算机相连，计算机与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头装有环形导轨支架，环形导轨支架下部安装有支杆，支架底端安装有底座，摄像头可以围绕人体360°拍摄，然后将采集到的人体轮廓信息作为图像匹配的数据源从数据库中检索三维运动数据，通过分析多种人体轮廓特征的表达方式，例如放射不变量、轮廓签名、傅里叶描绘、形状上下文等，设计组合特征轮廓表达方式，实现了基于数据库的人体虚拟三维重建过程。总的流程可分为5部分，人体外形和动作的采集，人体全景优化，人体特征提取，与数据库中的数据进行匹配，从中选取三维姿态，最终完成三维重建。摄像头360°对人体进行拍摄，完成人体外形和动作的采集。优化过程首先需要建立一个模型，建模的过程是一个构建相似函数的过程，在这个过程中需要考虑相机的位置参数、图像描绘参数和物理约束等诸多因素，建模的目的在于在给定的参数条件下，构建一个相似性函数，函数的参数包括人体形态参数、身体形状和外形参数，而且通常会有一个函数在给定的参数下来表述人体在图像区域中的姿态，原始输入的视频通常也不是直接使用的，它被描述成边缘、色彩区域和阴影等信息，然后匹配一个函数来匹配视频输入和人体模型的姿态，来评估模型和视频输入的匹配程度。人体特征提取，虚拟三维重建是一个从图像空间到姿态空间的映射函数，对于一个输入的图像，通过一个相似的搜索来得到候选姿态，然后选择一个作为最终姿态，使用非线性回归来建模轮廓和三维人体姿态之间的关系，在抑制的最小方差和相关向量回归在线基础上进行评估，使用一小格的当中的梯度方向的柱状图和非负的矩阵分解来得到对应于人体局部特征的基向量，这些局部特征可能为肩膀或者弯曲的肘部，当用这些基向量来恢复带有噪声的图像，可以得到对应的人体轮廓，使用这种方法可以使他们能够恢复出人体的姿态，而不需要确切的知道人体的外形。与数据库中的数据进行匹配，通过计算机自动筛选，从庞大的数据库中完成数据的搜索和匹配，并将数据调用出来，同时从中选取三维姿态。最终，将选取的三维姿态进行重合度测试，选取重合度最高的三维姿态完成虚拟人体三维重建。环形导轨支架采用硬质合金钢可以大大提高设备的刚度，提高装置运作时的准确性。摄像头的角度决定了能够扫描的范围，摄像头-45度时扫描的范围最全面。(3)有益效果本专利技术对人体扫描是非入侵式的，系统便宜简单，充分利用了现有的数据库，简化了数据采集的过程，将大多部分工作转移到与数据库的对比和匹配上，可以完全交给计算机辅助完成，减轻了工作人员的工作量，在三维虚拟重建方面，采用构建相似性函数的方法，函数的参数包括人体形态参数、身体形状参数、外形参数和摄像头视角，提高的虚拟重建模型的精度，同时将姿态参数的集合误差最小化，计算机在处理过程中，人体模型采用三维坐标法、基于欧拉角法、四元数法等多种方法，提取虚拟重建的人体模型中重合度最高的部分，实现完美地虚拟重建过程。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。附图中的标记为：1-摄像头，2-环形导轨支架，3-支杆，4-计算机，5-底座。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的说明。实施例1一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法，如图1所示，实施设备包括摄像头1、环形导轨支架2、计算机4、支杆3和底座5，摄像头1与计算机4相连，计算机4与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头1装有环形导轨支架2，环形导轨支架2下部安装有支杆3，支架底端安装有底座5，摄像头1可以围绕人体360°拍摄，然后将采集到的人体轮廓数据输入计算机4，通过函数算法与数据库内的数据进行匹配，完成各种虚拟三维重建。环形导轨支架(2)采用硬质合金钢。摄像头(1)与水平面的夹角为-45度。工作原理：摄像头1与计算机4相连，计算机4与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头1装有环形导轨支架2，环形导轨支架2下部安装有支杆3，支架底端安装有底座5，摄像头1可以围绕人体360°拍摄，然后将采集到的人体轮廓信息作为图像匹配的数据源从数据库中检索三维运动数据，通过分析多种人体轮廓特征的表达方式，例如放射不变量、轮廓签名、傅里叶描绘、形状上下文等，设计组合特征轮廓表达方式，实现了基于数据库的人体虚拟三维重建过程。总的流程可分为5部分，人体外形和动作的采集，人体全景优化，人体特征提取，与数据库中的数据进行匹配，从中选取三维姿态，最终完成三维重建。摄像头1360°对人体进行拍摄，完成人体外形和动作的采集。优化过程首先需要建立一个模型，建模的过程是一个构建相似函数的过程，在这个过程中需要考虑相机的位置参数、图像描绘参数和物理约束等诸多因素，建模的目的在于在给定的参数条件下，构建一个相似性函数，函数的参数包括人体形态参数、身体形状和外形参数，而且通常会有一个函数在给定的参数下来表述人体在图像区域中的姿态，原始输入的视频通常也不是直接使用的，它被描述成边缘、色彩区域和阴影等信息，然后匹配一个函数来匹配视频输入和人体模型的姿态，来评估模型和视频输入的匹配程度。人体特征提取，虚拟三维重建是一个从图像空间到姿态空间的映射函数，对于一个输入的图像，通过一个相似的搜索来得到候选姿态，然后选择一个作为最终姿态，使用非线性回归来建模轮廓和三维人体姿态之间的关系，在抑制的最小方差和相关向量回归在线基础上进行评估，使用一小格的当中的梯度方向的柱状图和非负的矩阵分解来得到对应于人体局部特征的基向量，这些局部特征可能为肩膀或者弯曲的肘部，当用这些基向量来恢复带有噪声的图像，可以得到对应的人体轮廓，使用这种方法可以使他们能够恢复出人体的姿态，而不需要确切的知道人体的外形。与数据库中的数据进行匹配，通过计算机4自动筛选，从庞大的数据库中完成数据的搜索和匹配，并将数据调用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法，其特征在于，实施设备包括摄像头(1)、环形导轨支架(2)、计算机(4)、支杆(3)和底座(5)，摄像头(1)与计算机(4)相连，计算机(4)与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头(1)装有环形导轨支架(2)，环形导轨支架(2)下部安装有支杆(3)，支架底端安装有底座(5)，摄像头(1)可以围绕人体360°拍摄，然后将采集到的人体轮廓数据输入计算机(4)，通过函数算法与数据库内的数据进行匹配，完成各种虚拟三维重建。

【技术特征摘要】
1.一种全景人体三维扫描及虚拟重建方法，其特征在于，实施设备包括摄像头(1)、环形导轨支架(2)、计算机(4)、支杆(3)和底座(5)，摄像头(1)与计算机(4)相连，计算机(4)与人体运动三维姿态数据库联通，可以进行数据交互，摄像头(1)装有环形导轨支架(2)，环形导轨支架(2)下部安装有支杆(3)，支架底端安装有底座(5)，摄像头(1)可...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一强，冯宝，
申请(专利权)人：侯丽华，
类型：发明
国别省市：吉林,22