CN103876710A

CN103876710A - 一种高解析度的人体局部三维成像系统

Info

Publication number: CN103876710A
Application number: CN201410051648.1A
Authority: CN
Inventors: 钱晨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明公开了一种高解析度的人体局部三维成像系统，它由机械结构部分、动力部分、下位机控制部分和上位机检测部组成；动力部分提供云台扫描的运动，云台带动摄像机，通过控制系统控制，带动摄像机扫描。然后进行存储和处理，最后在上位机显示结果。本发明采用无接触式测量，方便检测过程；利用高分辨率像素数字摄像头作为传感器，分辨能力高，尺寸精确；测量结果通过PC机界面显示，使用者能够更直观地得知测量信息；测量过程无毒害，无污染，安全环保。

Description

一种高解析度的人体局部三维成像系统

技术领域：

本发明涉及一种高解析度的人体局部三维成像系统。

背景技术：

三维物体形状检测和三维物体重建技术是计算机图像处理，以及计算机视觉处理以及模式识别的一个分支。在生产自动化川、机器人视觉、CAD、医学、等方面有着越来越多的应用前景。在工业自动化生产流水线上，经常需要对工业产品外壳进行外观形状快速检测以检测其是否符合生产精度要求，要做到这些，仅依靠人工检测是不够的，也是不精确的，这时候就需要采用三维检测技术，对产品进行准确、快速地检测。

目前部分发达国家纷纷开展了人体全身体表三维测量系统的研究，其核心思想是通过多套摄像机与投影仪组成的光学装置，用三维成像的方法获取局部体表的三维数据；在获取人体各个局部数据后进行图像拼接，完成人体全身三维成像。目前国内、外在人体三维成像系统领域所采用的技术主要有两类：一类是该领域的创导者[TC]2(Textile Clothing Technology Corporation纺织服装技术公司)于2003年推出的NX-12系列产品，采用三组共6个成像单元，每个成像单元由固定的投影仪和摄像机组成的，在被测人体前后成1200布局，分6次测量人体各个部位的三维数据，即每个成像单元采用两套双摄像机三维成像系统从两个视角拍摄并进行三维数据的融合。NX-12已经作为美国和英国政府开展全国性人体尺码制订计划SizeUSA和SizeUK项目所采用的机型。另一类采用垂直移动三维成像装置技术，无论是台湾工业技术研究院光电所于2001年推出的Gemini系统，德国VITRONIC公司于2002年推出的Vitus系列产品，日本浜松光子学株式会社于2003年推出的Bodyline Scanner系统，还是目前处于研发状态的美国德州大学人类生态系和天津大学精仪学院的扫描成像系统等都属于这类技术。以Vitus Pro系统为例，采用两组独立成像单元，每组成像单元采用3条线激光和6个摄像机组成的三维成像装置，两组成像单元对称布置在一个龙门框架的两侧上。每组成像单元用独立的机械传动方式控制其沿着人体纵向垂直上下移动，达到以12个视角同时测量人体，从而实现人体全身三维成像的目标。

虽然人体全身三维成像的应用前景广阔，但是上述系统庞大、机械加工复杂，技术产业化成本较高，并未真正打开市场。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高解析度的人体局部三维成像系统。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种高解析度的人体局部三维成像系统，它由机械结构部分、动力部分、下位机控制部分和上位机检测部组成；

机械结构部分：可以把人体整个包括进去，为动力部分提供可靠的结构；

动力部分：为二维云台及投影提供运动，进行扫描；

下位机控制部分：对摄像机采集到的图像进行存储和处理等；

上位机检测部分：对下位机实时处理情况的检测及显示；

动力部分提供云台扫描的运动，云台带动摄像机，通过控制系统控制，带动摄像机扫描。然后进行存储和处理，最后在上位机显示结果。

进一步的，所述机械部分采用步进电机带动摄像头进行测量路径的精确运动，步进电机与机械结构能够满足测量的机械精度需求，通过步进电机伺服控制器能够对步进电机的步进尺度进行精确控制，摄像头时时拍摄待测图像，将数据通过DCMI总线进行传输至核心处理器进行计算，待测算出结果后，将通过串行通信总线传输至上位机中进行显示。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明采用无接触式测量，方便检测过程；利用高分辨率像素数字摄像头作为传感器，分辨能力高，尺寸精确；测量结果通过PC机界面显示，使用者能够更直观地得知测量信息；测量过程无毒害，无污染，安全环保

附图说明：

图1为本发明的三维成像系统的原理图。

图2为具体的人体胸部成像情况。

图3显示的是人体脸部的面阵条纹图。

图4为主控板线性电源稳压电路图。

图5为摄像头接口电路图。

图6为外部存储器接口电路图。

图7为串口电平转换电路图。

具体实施方式：

动力部分：为二维云台及投影提供运动，进行扫描；

上位机检测部分：对下位机实时处理情况的检测及显示；

图1为本发明的三维成像系统的原理图。通过同时改变面阵投影装置的投影光路和摄像机的成像光路，使其实现对被测物体的大视角成像。在三维成像的景深范围内，面阵投影装置发出带有编码信息的结构光条纹覆盖CMOS相机的成像光路的有效视场，且垂直于物平面。投影在被测物体上的每条结构光条纹经CMOS相机成像并存储，并发送至上位机进行处理后能够被计算机识别和区分。

如图2为具体的人体胸部成像情况，图3显示的是人体脸部的面阵条纹图像。通过成像装置垂直扫描外同步器发出外同步信息控制左、右摄像机两者同步成像。通过改变伺服电机的转速来二维运动系统的转角，从而捕获不同方位和角度下的条纹图像，并且当反射镜的转速不同时，可以获得不同三维面形的空间采样精度。如图3所示，当被检测物体被投影到的摩尔条纹越密的时候，该系统所做出的检测结果越精确。同样的道理，我们仍然可以通过改变CMOS相机及其数据采集系统的图像采集频率来获得不同空间三维面形的采样精度和采样时间。

图4为主控板线性电源稳压电路图，由于单片机供电电源为3.3V，因此电路板上必须有线性稳压电源为单片机以及其他逻辑器件进行供电。如图在本设计中，作者采用的是常见的LM1117线性低压差稳压芯片，选择这款芯片的原因主要是由于LM1117的电源纹波小，质量高，且性价比出众。

图5为摄像头接口电路图，由于设计中涉及到了数字摄像头部分，因此，摄像头接口也有必要介绍一下，如图所示为DCMI接口。此接口为0V7670摄像头模组接口，其中包含SCCB通信时钟与数据线，另外摄像头部分由点时钟(PCLK)行同步(HREF)和场同步(VSYNC)三根时钟信号作为摄像头数据同步参考。此外便是8位数据线(D0-D7)作为摄像数据传输的接口便由以上引脚全部包含在内了。

图6为外部存储器接口电路图，本设计中，由于单片机的SRAM连续空间不足以放下整幅图像数据，因此利用STM32自带的FSMC总线外扩了一片512K字节的SRAM芯片。如图7所示，该接口中包含了16位数据线与18位地址线，可以作为512K字节的寻址范围。

图7为串口电平转换电路图，本设计中单片机与上位机进行数据交互采用的是串口通信，此通信接口现已广泛应用于工业及仪器仪表领域，稳定可靠。采用DB9端子与计算机进行连接，由于单片机的电平范围与电脑的电平不一致，因此，需要接这样一个电平转换芯片，将单片机的电平与电脑的电平范围进行互相转换。

Claims

1.一种高解析度的人体局部三维成像系统，其特征在于，它由机械结构部分、动力部分、下位机控制部分和上位机检测部组成；

动力部分：为二维云台及投影提供运动，进行扫描；

上位机检测部分：对下位机实时处理情况的检测及显示；

动力部分提供云台扫描的运动，云台带动摄像机，通过控制系统控制，带动摄像机扫描，然后进行存储和处理，最后在上位机显示结果。

2.根据权利要求1所述的一种高解析度的人体局部三维成像系统，其特征在于，所述机械部分采用步进电机带动摄像头进行测量路径的精确运动，步进电机与机械结构能够满足测量的机械精度需求，通过步进电机伺服控制器能够对步进电机的步进尺度进行精确控制，摄像头时时拍摄待测图像，将数据通过DCMI总线进行传输至核心处理器进行计算，待测算出结果后，将通过串行通信总线传输至上位机中进行显示。