CN102940493A - 全景人体三维扫描系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

全景人体三维扫描系统及测量方法。 国外的三维人体测量产品价位较高，一套系统售价在百万元以上。国内仅有十几家院校、科研单位用其进行标准人体的研究，人体数据普查等工作。本发明的组成包括： 8 个三维扫描仪（ 1 ），所述的三维扫描系统分为 4 组， 4 组所述的三维扫描系统间隔 0.8~1.5 米分别与被扫描的人体的距离相等呈 90 度布置，所述的三维扫描系统与计算机（ 5 ）连接，所述的计算机具有数据输出端口，所述的 8 个三维扫描仪的镜头朝向人体目标方向。 本产品用于人体三维扫描。

Description

全景人体三维扫描系统及测量方法

技术领域：

本发明涉及一种全景人体三维扫描系统及测量方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们不断以更科学的方式运用于体育锻炼之中，用更科学的方法，更多更精确科学的仪器已经成为体育训练的必然趋势。随之社会的进步，全民健身的理念深入人心，人们对于自己拥有健康体魄的最求日益强烈。

通过三维扫描仪，设定扫描的幅面、范围等，就可以简单、快速的完成人体的扫描过程，将数字化的人体的三维几何数据输入到计算机中。这些数据就是三维造型的最基础数据，可以在此基础上进行加工处理创意以此为依据的新造型,也可以完全以该数据模型为标准制作动态原型。而且这些数据也可以通过数据库系统保存起来留待以后使用。

人体尺寸是相当重要的，它具有诸多作用。比如：建筑装修设计、家具设计以及一些交通工具的设计等，都要依据人体尺寸。

对于人体形态的医学诊断与评价，外科整形美容手术与效果评价等的要求日趋增加，“定制身材”的要求日趋增加，医用人体三维面形测量仪器作为一种人体形态的定量评价手段，可在大中城市的大医院使用，因而具有广阔市场前景。

国外的三维人体测量产品价位较高，一套系统售价在百万元以上。国内仅有十几家院校、科研单位用其进行服装标准人体的研究，人体数据普查等工作。

发明内容：

本发明的目的是提供一种全景人体三维扫描系统及测量方法，能够实现对人体三维数据的快速扫描，并能够提供人体各部位的精确的尺寸数据，测量精度高。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种全景人体三维扫描系统，其组成包括：8个三维扫描仪，所述的三维扫描系统分为4组， 4组所述的三维扫描系统间隔0.8~1.5米分别与被扫描的人体的距离相等呈90度布置，所述的三维扫描系统分别与计算机连接，所述的计算机具有数据输出端口，所述的8个三维扫描仪的镜头朝向人体目标方向。

所述的全景人体三维扫描系统，所述的三维扫描仪包括条纹投影仪、3个CCD摄像机，所述的CCD摄像机装有支杆，所述的支杆安装在底座上，所述的底座上固定安装有所述的条纹投影仪。

一种全景人体三维扫描系测量方法，利用三维扫描系统上的条纹投影仪将一组经由计算机产生的正弦强度光栅条纹投射于人体上，该光源为对人体无害的白光，利用安装在所述的三维扫描系统上的CCD相机分别摄取影像，通过相移技术以及极线几何的方法实现对应点匹配，进而重建出人体的表面轮廓，利用所述的CCD摄像机通过计算机进行联动控制，从人体的不同角度对人体进行拍摄扫描，得到人体各部位进行全面测量，通过计算机软件拼接完整的人体点云数据。

所述的全景人体三维扫描系统的测量方法， 8组所述的三维扫描仪协同工作，控制精度达到微秒级，测试一次时间为20秒钟，人体测量精度为1mm。

所述的全景人体三维扫描系统的测量方法，所述的人体点云数据的采集采用测量技术结合特征标志点拼接技术的方法，即利用测量方法中光栅解码的高精度，从而获得更准确的标志点数据信息，进而实现高精度拼接，其中图像采集精度能够达到亚像素级。

有益效果：

1. 本发明以现代光学为基础，融合光电子学、计算机图像学、计算机视觉为一体的测量技术，该方法是利用投影机将一组经由电脑产生的正弦强度光栅条纹投射于人体上，该光源为对人体无害的白光，利用CCD相机分别摄取影像，通过相移技术以及极线几何的方法实现对应点匹配，进而重建出人体的表面轮廓。利用多台该技术的扫描头通过计算机进行联动控制，从人体的不同角度对人体进行拍摄扫描，得到人体各部位进行全面测量，通过计算机软件拼接完整的人体点云数据。根据多领域的不同需求，提供所需的人体部位的精确的尺寸数据。    

2. 本发明能够实现对人体三维数据的快速扫描，并能够提供人体各部位的精确的尺寸数据，测量精度高，测量精度达到毫米数量级；测试速度快，一次测量仅需20秒；可根据不同领域需求提供人体形貌的所有所需特征的数据；具有标准化接口可与第三方软件无缝连接。

本发明提出了由投影光栅法，即通过一组正弦光栅实现相位展开和相位编码，结合双目立体视觉的极线几何匹配法，实现人体三维点云数据的快速、精确测量。该测量方法的突出特点就是测试速度快，测量精度高。此外本项目采用以特征标志点的方法与该测量方法相结合，可到达亚像素级的特征点提取，有效的提高了点云的拼接精度。本项目系统是完全自主研发的真正开放的模块化、可扩充、可升级的人体三维数据扫描系统，能够形成自主知识产权，可提高产品的核心竞争能力。    

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中三维扫描仪的结构示意图。

附图3是本发明系统的工作流程图。

具体实施方式：

实施例1：

一种全景人体三维扫描系统，其组成包括：8个三维扫描仪1，所述的三维扫描系统分为4组， 4组所述的三维扫描系统间隔0.8~1.5米分别与被扫描的人体的距离相等呈90度布置，所述的三维扫描系统与计算机5连接，所述的计算机具有数据输出端口，所述的8个三维扫描仪的镜头朝向人体目标方向。

上述的全景人体三维扫描系统，4组所述的三维扫描系统，每组为2个所述的三维扫描仪，每2个所述的三维扫描仪安装在1个固定支架2上。

实施例2：

上述的全景人体三维扫描系统，所述的三维扫描仪包括条纹投影仪3、3个CCD摄像机4，所述的CCD摄像机装有支杆，所述的支杆安装在底座上，所述的底座上固定安装有所述的条纹投影仪。

所述的CCD摄像机与支杆6连接，所述的支杆安装在底座7上，所述的底座上固定安装有所述的条纹投影仪。

实施例3：

一种全景人体三维扫描系统的测量方法，利用三维扫描系统上的条纹投影仪将一组经由计算机产生的正弦强度光栅条纹投射于人体上，该光源为对人体无害的白光，利用安装在所述的三维扫描系统上的CCD相机分别摄取影像，通过相移技术以及极线几何的方法实现对应点匹配，进而重建出人体的表面轮廓，利用所述的CCD摄像机通过计算机进行联动控制，从人体的不同角度对人体进行拍摄扫描，得到人体各部位进行全面测量，通过计算机软件拼接完整的人体点云数据。

实施例4：

上述的全景人体三维扫描系统的测量方法，8组所述的三维扫描仪协同工作，控制精度达到微秒级，测试一次时间为20秒钟，人体测量精度为1mm。

实施例5：

上述的全景人体三维扫描系统的测量方法，所述的人体点云数据的采集采用测量技术结合特征标志点拼接技术的方法，即利用测量方法中光栅解码的高精度，从而获得更准确的标志点数据信息，进而实现高精度拼接，其中图像采集精度能够达到亚像素级。

实施例6：

综上概括本项目技术路线：

1、光学系统设计与研制部分

（1）光栅编码技术的深入研究；

（2）高精度光栅发生器的研究与研制；

（3）CCD数据成像系统的研制、掌握；

2、系统的集成研制

（1）系统总体集成的设计

（2）系统控制的研制

（3）软件研制

a. 整个系统测量部分软件的研制开发；

b. 数据后置处理，根据计算机图形学原理及数据处理方法，对计算机采入的原始形状数据进行整合、滤波等数据处理，以提高测量速度，并在此基础上对被测物体进行图形学描述；

 c. 数据扩展接口，使数据可用于其他不同的用户，开发不同版本CAD/CAM接口，以便本系统的测量数据被不同的CAD/CAM软件使用。

本项目创新的提出了由投影光栅法，即通过一组正弦光栅实现相位展开和相位编码，结合双目立体视觉的极线几何匹配法，实现人体三维点云数据的快速、精确测量。该测量方法的突出特点就是测试速度快，测量精度高。此外本项目采用以特征标志点的方法与该测量方法相结合，可到达亚像素级的特征点提取，有效的提高了点云的拼接精度。本项目系统是完全自主研发的真正开放的模块化、可扩充、可升级的人体三维数据扫描系统。

本发明在测量系统设计方面，主要技术难点是光栅编码技术和高质量的三维数据的形成。本项目采用现代光学为基础，融合光电子学、计算机图像学、计算机视觉为一体的测量技术，利用双目立体视觉测量技术原理，深度研究光栅编码技术、相移技术、相位编码与展开，从而提高双目立体视觉技术中极线几何匹配算法的匹配精度，使测量精度能够达到毫米级，单次测量速度仅需20秒。

系统集成及系统控制，由于本系统由8组单台扫描设备组成，系统的组装及协调工作也是本项目主要研究的内容及技术瓶颈，该内容的解决首先需要对机械结构原理进行研究，设计校验系统硬件框架结构。由于系统测试时间很短，由需要8组扫描仪器协同工作，控制精度至少需要达到微秒级。将深入研究系统时序控制来实现。

本项目系统软件部分主要包括两个部分，其一为测量及控制部分的软件编程实现。其二为高精度点云的处理，即不仅能够对高精度的人体三维点云显示的基本操作，并且可以提供人体整体完整的点云精确数值。主要技术难点是高精度的点云拼接技术。点云拼接技术采用测量技术结合特征标志点拼接技术的方法，即利用测量方法中光栅解码的高精度，从而获得更准确的标志点数据信息，进而实现高精度拼接，其中图像采集精度能够达到亚像素级。

Claims (5)

1.一种全景人体三维扫描系统，其组成包括：8个三维扫描仪，其特征是：所述的三维扫描系统分为4组，4组所述的三维扫描系统间隔0.8~1.5米分别与被扫描的人体的距离相等呈90度布置，所述的三维扫描系统分别与计算机连接，所述的计算机具有数据输出端口，所述的8个三维扫描仪的镜头朝向人体目标方向。

2.根据权利要求1所述的全景人体三维扫描系统，其特征是：所述的三维扫描仪包括条纹投影仪、3个CCD摄像机，所述的CCD摄像机装有支杆，所述的支杆安装在底座上，所述的底座上固定安装有所述的条纹投影仪。

3.一种全景人体三维扫描系测量方法，其特征是：利用三维扫描系统上的条纹投影仪将一组经由计算机产生的正弦强度光栅条纹投射于人体上，该光源为对人体无害的白光，利用安装在所述的三维扫描系统上的CCD相机分别摄取影像，通过相移技术以及极线几何的方法实现对应点匹配，进而重建出人体的表面轮廓，利用所述的CCD摄像机通过计算机进行联动控制，从人体的不同角度对人体进行拍摄扫描，得到人体各部位进行全面测量，通过计算机软件拼接完整的人体点云数据。

4.根据权利要求3所述的全景人体三维扫描系统的测量方法，其特征是：8组所述的三维扫描仪协同工作，控制精度达到微秒级，测试一次时间为20秒钟，人体测量精度为1mm。

5.根据权利要求3或4所述的全景人体三维扫描系统的测量方法，其特征是：所述的人体点云数据的采集采用测量技术结合特征标志点拼接技术的方法，即利用测量方法中光栅解码的高精度，从而获得更准确的标志点数据信息，进而实现高精度拼接，其中图像采集精度能够达到亚像素级。

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