本发明专利技术公开了一种多相机头型3D成像装置及方法，属于图像识别技术领域，包括分别与终端电连接的3D扫描装置及触发开关，所述终端用于提供数据采集、处理、存储和人机交互界面；所述3D扫描装置包括若干多方位设置的深度相机，所述深度相机与所述终端电连接；所述触发开关用于启动终端采集数据。本发明专利技术深度相机3D数据与实时图像分析并行处理的方法，分离目标的点云数据和外部环境的数据，数据采集的过程速度快，并提高数据的准确性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种多相机头型3D成像装置及方法
本专利技术属于图像识别
，尤其涉及一种多相机头型3D成像装置及方法。
技术介绍
现代的3D人体数据采集，是利用光学测量技术、计算机技术、图像处理技术、数字信号处理技术等进行三维人体表面轮廓的非接触自动测量。人体扫描系统充分利用光学三维扫描的快速以及对人体无损无创的优点，在短时间内对人体目标部位进行多角度多方位的扫描。扫描系统通过计算机对单台扫描仪-多角度的扫描数据、或多台光学三维扫描仪进行联动控制快速扫描，再通过计算机软件实现自动拼接，获得准确完整的人体点云数据。临床医学上需要对头颅的三维数据进行采集和分析，一方面是满足颅面外科手术的需要，手术前后获得病人头颅的3D数据，以辅助手术和定制术后头盔。另一方面，在宝宝的生长发育的过程中，头围是一个非常关键的因素，同时除了头围之外，宝宝的头型也是一个影响孩子生长发育非常重要的指标，如若没有及时注意宝宝头型变化，可能最终导致孩子头型的生长，进而影响孩子的生长发育；对于头颅畸形严重的宝宝，经过3D数据采集，获得头颅模型后，定制矫形头盔是有效的治疗方法。目前获取宝宝头型的数据方案大都是采用3D扫描仪、手机环拍照的方式，这种方式有一个核心的弊端就是数据采集时间长，期间无法让孩子保持住一个姿势进行成像，导致数据采集困难，然后需要对多层数据进行处理，导致临床使用困难，到目前都不能满足医疗机构就行常规检测的需要，不能开展这方面的工作；同时，多层数据的处理容易导致精度问题，甚至数据错误。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中头颅数据采集时间长、数据处理难度大、精度差的技术问题，提供一种通过多台深度相机在瞬间抓取被测目标多方位的图像和深度点云数据的多相机头型3D成像装置及方法。本专利技术的技术方案如下：一种多相机头型3D成像装置，其特征在于，包括分别与终端电连接的3D扫描装置及触发开关，所述终端用于提供数据采集、处理、存储和人机交互界面；所述3D扫描装置包括若干多方位设置的深度相机，所述深度相机与所述终端电连接；所述触发开关用于启动终端采集数据。优选的，所述3D扫描装置与位置可调的支撑架连接。通过调整支撑架实现3D扫描装置的空间位置调整。优选的，所述深度相机均匀的固定在扶手架上，所述深度相机均设有电连接线，电连接线具有供电和数据通讯的功能；所述每一个电连接线分别与一个电连接集线器连接，所述电连接集线器通过电连接延长线与所述终端连接。优选的，所述每一个深度相机分别通过一个固定件安装在所述扶手架上，所述每一个固定件分别通过第一连接件与第二连接件连接，所述第二连接件均与固定盘连接，所述第二连接件与固定盘接后形成锥形凸起，所述固定盘上设有电连接延长线固定件，所述电连接集线器经过所述第二连接件与穿过所述电连接延长线固定件的电连接延长线连接。形成的锥形凸起使得3D扫描装置在进行扫描过程中与宝宝保持一定的安全距离，使得设备不会磕碰到宝宝。优选的，所述深度相机的数量不少于2个。优选的，还包括用于系统标定的标定物，所述标定物包括不少于2个的若干个小球，所述小球均同心穿过同一直杆，所述直杆安装在底座上，所述直杆相对于所述底座的角度可调。通过调整直杆相对于所述底座的角度，获得不同的数据，以增加系统标定的精度。一种多相机头型3D成像装置的成像方法，包括如下步骤：图像预处理：即采用图像分割算法，提取图像的边界信息，融合多个深度相机的边界数据，根据头颅呈椭球的特征，进行图像的形状识别，从而判断被测头颅在系统视场中的位置是否合适。数据处理与分析：(1)3D点云数据去噪声预处理；(2)结合实时图像处理进行点云数据分割；(3)自动提取目标数据；每个深度相机提供视频的图像和深度的点云数据，点云数据和视频图像本身是匹配的关系，这是相机本身保证的，所以在对3D点云数据的处理中，我们加上对视频图像的处理，从获得的轮廓边界数据可以有效的将深度点云数据进行划分，自动识别在头颅上的有效点云数据和在环境背景上的点云数据，从而实现3D数据的自动分割，将目标从背景中识别出来，获得干净的被测目标3D模型。(4)多个深度相机获得的有效3D点云数据进行数据融合，根据有重叠的数据部分通过数据处理算法，如最小二乘法或RAMSAC算法，进行匹配；从而实现数据精度的提高，弥补硬件系统在使用过程中可能出现的位置变化，导致多相机的标定不准确的误差。(5)对融合后的3D数据进行表面网格化，形成3D模型；以此可以进行表面贴图等功能实现。(6)头形数据分析：设定模型的特征点(如左右耳屏点，眉心点，鼻尖等)，以特征点进行模型的空间定位；在3D模型上设定或调整剖面，获得模型在该剖面的2D数据，形成2D曲线，表达该剖面的形状；计算该剖面2D曲线的周长，面积，及对称性指标，如纵横比，斜径长度，斜径差，4个象限的面积，面积的对称性等。所多相机头型3D成像装置的成像方法中，所述系统标定的方法包括如下步骤：a.不少于2个小球同心穿在一个直杆上，小球之间有间隔，在图像上能够分辨出来；b.该标定物的直杆安装在一个底座上，可以置于不同角度；c.在标定时，先将标定物放于系统视场内的一个位置，然后采集每个深度相机的图像和3D点云数据；d.先进行图像处理，识别出图像中每个小球球心及其半径，再通过点云的空间坐标计算点云中每个点的对应的深度图的图像坐标，当图像坐标到小球球心图像坐标的距离小于图像上的小球半径，则认为该点为小球上的点，通过这种方法可以提取出每个小球的点云；e.对于每个小球的点云，采用空间多点拟合圆球的算法计算其球心空间坐标；f.对于每个深度相机，在获得小球的球心坐标后，即可计算出多个小球的排列方向，即穿过小球的直杆方向矢量；g.移动标定物到不同位置、或朝向，重复上面的数据采集和球心、直杆数据；直到获得至少3组的数据后即可计算整个系统的标定参数。所述标定参数的计算包括如下步骤：a.计算出每个深度相机每次采集的不少于2个小球球心坐标后，利用小球球心共线的关系，通过最小二乘法即可计算出球心确定的轴心直杆的直线方程，对于标定物在不同位置的数据，依次可以计算出多根轴心的直线方程；b.选择三组数据，确认数据表达为三根不平行的轴心直杆，即可确定一个直角坐标系；c.计算每个深度相机在该坐标系下的位姿，进而计算出每个相机的相对位姿；d.如采集的数组多于三组，则将多采集的数组一起纳入计算，采用最小二乘的方法，获得更准确的相机位姿，数组越多，计算会越准确。通过采用以上技术方案，达到如下技术效果：1、采用多个深度相机同步采集，一次性获得被测目标的3D数据和实时图像；2、采用深度相机3D数据与实时图像分析并行处理的方法，分离目标的点云数据和外部环境的数据，并提高数据的准确性和可靠性；3、基于深度相机特点和标定物的特征，提出多球穿于同心直杆的特殊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多相机头型3D成像装置，其特征在于，包括分别与终端(1)电连接的3D扫描装置(3)及触发开关(5)，/n所述终端(1)用于提供数据采集、处理、存储和人机交互界面；/n所述3D扫描装置(3)包括若干多方位设置的深度相机(6)，所述深度相机(3)与所述终端(1)电连接；/n所述触发开关(5)用于启动所述终端(1)采集数据。/n
【技术特征摘要】
1.一种多相机头型3D成像装置，其特征在于，包括分别与终端(1)电连接的3D扫描装置(3)及触发开关(5)，
所述终端(1)用于提供数据采集、处理、存储和人机交互界面；
所述3D扫描装置(3)包括若干多方位设置的深度相机(6)，所述深度相机(3)与所述终端(1)电连接；
所述触发开关(5)用于启动所述终端(1)采集数据。
2.根据权利要求1所述的多相机头型3D成像装置，其特征在于，所述3D扫描装置(3)与位置可调的支撑架(2)连接。
3.根据权利要求1所述的多相机头型3D成像装置，其特征在于，所述深度相机(6)均匀的固定在扶手架(7)上，所述深度相机(6)均设有电连接线(11)，所述每一个电连接线(11)分别与一个电连接集线器(12)连接，所述电连接集线器(12)通过电连接延长线(13)与所述终端(1)连接。
4.根据权利要求3所述的多相机头型3D成像装置，其特征在于，所述每一个深度相机(6)分别通过一个固定件(8)安装在所述扶手架(7)上，所述每一个固定件(8)分别通过第一连接件(9-1)与第二连接件(9-2)连接，所述第二连接件(9-2)均与固定盘(9-3)连接，所述第二连接件(9-2)与所述固定盘(9-3)连接后形成锥形凸起，所述固定盘(9-3)上设有电连接延长线固定件(10)，所述电连接集线器(12)经过所述固定盘(9-3)与穿过所述电连接延长线固定件(10)的电连接延长线(13)连接。
5.根据权利要求1所述的多相机头型3D成像装置，其特征在于，所述深度相机(6)的数量不少于2个。
6.根据权利要求1所述的多相机头型3D成像装置，其特征在于，还包括用于系统标定的标定物(15)，所述标定物(15)包括若干个小球(15-1)，所述小球(15-1)均同心穿过同一直杆(15-2)，所述直杆(15-2)安装在底座(15-3)上，所述直杆(15-2)相对于所述底座(15-3)的角度可调。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的多相机头型3D成像装置的成像方法，包括如下步骤：
数据处理与分析：
(1)3D点云数据去噪声预处理；
(2)结合实时图像处理进行点云数据分割；
(3)自动提取目标数据；
(4)多个深度相机(6)获得的有效3D点云数据进行数据融合，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维平，祁繁，
申请(专利权)人：南京星顿医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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