一种双足三维扫描方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双足三维扫描方法、装置及系统，方法包括：调整至少两个深度相机的视角以使深度相机获取被测双足的深度图像；标定每一个深度相机的外方位元素并得到标定结果，外方位元素是指深度相机的坐标系到世界坐标系的转换关系；通过深度相机依次获取多个视角下的被测双足的深度图像，深度图像与深度相机的彩色图像是对齐的；对采集到的深度图像进行三维点云重建，得到三维点云数据集合，所述三维点云数据集合包括多幅点云；根据标定结果对三维点云数据集合进行拼接，将每个被测双足的三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下，并做点云配准，以得到被测双足的三维模型。可以一次性同步完成双足的扫描；成本低，满足消费领域的需求。

A three-dimensional scanning method, device and system of bipedal

【技术实现步骤摘要】
一种双足三维扫描方法、装置及系统
本专利技术涉及足部测量
，尤其涉及一种双足三维扫描方法、装置及系统。
技术介绍
使用三维扫描方式可以快速、稳定地对足部进行非接触式测量。利用非接触式三维重建技术获取足部三维模型，主要实现方法有两类：一类是使用线激光的方式；另一类是基于双目立体视觉原理的方式。使用线激光方式获取足部三维模型，设备价格比较贵且需要有运动机构来控制激光头运动，所以设备结构较为复杂。使用工业级散斑匹配三维扫描设备，需要包含一个散斑投射器、两个工业相机，虽然精度较高，但是设备造价昂贵，不适合消费电子产品领域。使用光栅结构光三维扫描设备，一次测量需要投射多幅光栅，测量时间较长，适合扫描静态物体，测量时人体轻微晃动，就会对测量结果造成影响。现有技术中缺乏一种经济、效果好的双足三维扫描方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的技术问题，提供一种双足三维扫描方法、装置及系统。本专利技术采用的技术方案如下所述：一种双足三维扫描方法，包括如下步骤：S1：调整至少两个深度相机的视角以使所述深度相机获取被测双足的深度图像；S2：标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果，其中，所述外方位元素是指所述深度相机的坐标系到世界坐标系的转换关系；S3：通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像，其中，所述深度图像与所述深度相机的彩色图像是对齐的；S4：对采集到的多个视角下的所述被测双足的深度图像进行三维点云重建，得到所述被测双足对应的三维点云数据集合，其中，所述三维点云数据集合包括多幅点云；S5：根据所述标定结果对所述三维点云数据集合进行拼接，将每个所述被测双足的三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下，并做点云配准，以得到所述被测双足的三维模型。优选地，还包括：S6：根据所述被测双足的三维模型提取所述被测双足的尺寸参数。优选地，所述深度相机为5个，4个位于所述被测双足的上方，用于获取所述被测双足的足背的深度图像，1个位于所述被测双足的足底下方，用于获取所述被测双足的足底的深度图像。优选地，标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果包括如下步骤：S21：利用每个所述深度相机中的彩色相机拍摄T形标定板，以获取标定图片，其中，所述T形标定板上设置有编码标志点；S22：检测所述编码标志点并利用单像后方交会法标定每一个所述深度相机的外方位元素；S23：采用外方位元素捆绑调整优化算法对所述深度相机的外方位元素进行整体的迭代优化，得到每个所述深度相机的坐标系到世界坐标系的旋转平移矩阵；S24：将所述深度相机的坐标系到世界坐标系的旋转平移矩阵设置为所述标定结果。优选地，通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像包括如下步骤：S31：每次获取每个所述深度相机的至少5帧深度图像，取所述至少5帧深度图像的均值得到一张新的深度图像；S32：对所述新的深度图像进行高斯滤波，滤除边缘点杂点得到滤波后的深度图像；S33：所述滤波后的所述深度图像通过以下公式重建原始三维点云：其中，f是焦距，cx、cy是主点偏差，Xij是所述深度图像第i行第j列对应在所述深度相机的坐标系里的X坐标；Yij是所述深度图像第i行第j列对应在所述深度相机的坐标系里的Y坐标；Zij是所述深度图像第i行第j列的深度值。优选地，得到所述被测双足的三维模型包括如下步骤：S51：将每个所述深度相机得到的所述三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下；S52：利用全局迭代最邻近点算法将转换到同一所述世界坐标系下的所述三维点云数据做点云配准，使得所述三维点云数据配准的累积误差降到设定的最低阈值；S53：对点云配准以后的所述三维点云数据设置景深框并剔除所述景深框范围以外的三维点云数据，只保留所述被测双足的三维点云数据；S54：对所述被测双足的三维点云数据进行滤波去噪操作；S55：利用泊松重建方法，由所述被测双足的三维点云数据得到第一被测双足网格模型；S56：对所述第一被测双足网格模型进行拉普拉斯光顺得到第二被测双足网格模型；S57：对所述第二被测双足网格模型进行网格化得到所述被测双足三维模型。本专利技术又提供一种双足三维扫描装置，包括：深度相机，包括采用如上任一所述的方法获取被测双足的三维模型的模块。优选地，还包括：玻璃台面，用于承载所述被测双足；平面反射镜，设置于所述玻璃台面下面，所述平面反射镜的镜面与铅垂线的夹角为30°-45°；获取所述被测双足的足底的三维点云的所述深度相机安装在所述平面反射镜的前方。优选地，所述玻璃台面是超白钢化玻璃，且所述玻璃台面的下表面镀红外增透减反膜；所述平面反射镜是前镀膜镜；获取所述被测双足的足底的三维点云的所述深度相机的镜头上安装遮光罩；所述玻璃台面、所述平面反射镜和双足三维扫描装置的本体组成的腔体的内部喷涂黑色吸光材质。本专利技术再提供一种双足三维扫描系统，包括：第一单元，用于调整至少两个深度相机的视角以使所述深度相机获取被测双足的深度图像；第二单元，用于标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果，所述外方位元素是指所述深度相机的坐标系到世界坐标系的转换关系；第三单元，用于通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像，其中，所述深度图像与所述深度相机的彩色图像是对齐的；第四单元，用于对采集到的多个视角下的所述被测双足的深度图像进行三维点云重建，得到所述被测双足对应的三维点云数据集合，其中，所述三维点云数据集合包括多幅点云；第五单元，用于根据所述标定结果对所述三维点云数据集合进行拼接，将每个所述被测双足的三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下，并做点云配准，以得到所述被测双足的三维模型。本专利技术的有益效果为：提供一种双足三维扫描方法、装置及系统，通过计算调整深度相机安装位置，调节深度相机视场范围，可在深度相机最佳测量范围内获取无遮挡获取双足的深度图像；并通过标定深度相机的外方位元素并得到标定结果，实现深度相机坐标系到世界坐标系的转换，实现粗配准，然后点云精配准，让点云完全拼接在一起，得到被测双足的三维模型。可以一次性同步完成双足的扫描；进一步的，使用深度相机获取三维模型的成本低，且获得的三维模型完全可以满足鞋类定制、足部矫正等消费领域对双足尺寸提取的需求。附图说明图1是本专利技术实施例中一种双足三维扫描方法的示意图。图2是本专利技术实施例中又一种双足三维扫描方法的示意图。图3是本专利技术实施例中标定所述深度相机之间的外方位元素的方法的示意图。图4是本专利技术实施例中T形标定板的结构示意图。图5是本专利技术实施例中获取所述被测双足的深度图像的方法示意图。图6是本专利技术实施例中得到所述被测双足的完整的三维模型的方法示意图。图7是本专利技术实施例中一种双足三维扫描方法的流程图。图8是本专利技术实施例中足部三维模型的示意图。图9是本专利技术实施例中一种双足三维扫描装置的示意图。图10是本专利技术实施例中一种双足三维扫描系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双足三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：调整至少两个深度相机的视角以使所述深度相机获取被测双足的深度图像；/nS2：标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果，其中，所述外方位元素是指所述深度相机的坐标系到世界坐标系的转换关系；/nS3：通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像，其中，所述深度图像与所述深度相机的彩色图像是对齐的；/nS4：对采集到的多个视角下的所述被测双足的深度图像进行三维点云重建，得到所述被测双足对应的三维点云数据集合，其中，所述三维点云数据集合包括多幅点云；/nS5：根据所述标定结果对所述三维点云数据集合进行拼接，将每个所述被测双足的三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下，并做点云配准，以得到所述被测双足的三维模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种双足三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：调整至少两个深度相机的视角以使所述深度相机获取被测双足的深度图像；
S2：标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果，其中，所述外方位元素是指所述深度相机的坐标系到世界坐标系的转换关系；
S3：通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像，其中，所述深度图像与所述深度相机的彩色图像是对齐的；
S4：对采集到的多个视角下的所述被测双足的深度图像进行三维点云重建，得到所述被测双足对应的三维点云数据集合，其中，所述三维点云数据集合包括多幅点云；
S5：根据所述标定结果对所述三维点云数据集合进行拼接，将每个所述被测双足的三维点云数据转换到同一所述世界坐标系下，并做点云配准，以得到所述被测双足的三维模型。


2.如权利要求1所述的双足三维扫描方法，其特征在于，还包括：
S6：根据所述被测双足的三维模型提取所述被测双足的尺寸参数。


3.如权利要求1所述的双足三维扫描方法，其特征在于，所述深度相机为5个，4个位于所述被测双足的上方，用于获取所述被测双足的足背的深度图像，1个位于所述被测双足的足底下方，用于获取所述被测双足的足底的深度图像。


4.如权利要求1-3任一所述的双足三维扫描方法，其特征在于，标定每一个所述深度相机的外方位元素并得到标定结果包括如下步骤：
S21：利用每个所述深度相机中的彩色相机拍摄T形标定板，以获取标定图片，其中，所述T形标定板上设置有编码标志点；
S22：检测所述编码标志点并利用单像后方交会法标定每一个所述深度相机的外方位元素；
S23：采用外方位元素捆绑调整优化算法对所述深度相机的外方位元素进行整体的迭代优化，得到每个所述深度相机的坐标系到世界坐标系的旋转平移矩阵；
S24：将所述深度相机的坐标系到世界坐标系的旋转平移矩阵设置为所述标定结果。


5.如权利要求1-3任一所述的双足三维扫描方法，其特征在于，通过所述深度相机依次获取多个视角下的所述被测双足的深度图像包括如下步骤：
S31：每次获取每个所述深度相机的至少5帧深度图像，取所述至少5帧深度图像的均值得到一张新的深度图像；
S32：对所述新的深度图像进行高斯滤波，滤除边缘点杂点得到滤波后的深度图像；
S33：所述滤波后的所述深度图像通过以下公式重建原始三维点云：






其中，f是焦距，cx、cy是主点偏差，Xij是所述深度图像第i行第j列对应在所述深度相机的坐标系里的X坐标；Yij是所述深度图像第i行第j列对应在所述深度相机的坐标系里的Y坐标；Zij是所述深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：任茂栋，周烨，鲁雷雷，陈军，李磊刚，
申请(专利权)人：新拓三维技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44