CN104215199A - 一种假发头壳制作方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种假发头壳制作方法，包括：利用光栅投影仪将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处，通过CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；根据取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取取取像的光栅条纹的曲率变化信息，并根据CCD摄影机取像位置信息及光栅条纹的曲率变化信息确定取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；根据三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳。本发明还同时公开了一种假发头壳制作系统。本发明大大缩短了取型时间，从而提升了取型效率，提高了取型精度，提升了用户体验。

Description

一种假发头壳制作方法及系统

技术领域

本发明涉及假发制作技术，具体涉及一种假发头壳制作方法及系统。

背景技术

假发头壳制作是生产假发的第一道工序，其中取型是该工序中最关键的一步工序。主要目的是要得到客户头型的曲面形状，以便制作出符合客户头型的假发。

目前发制品行业有两种头型取型方法，其中应用最为广泛的是一种胶带取型方法，即用保鲜膜勒紧取型客户头部，然后用胶带反复缠绕保鲜膜进行固定取型。

但是，这种取型方法操作繁琐且取型精度不准，而且非现场取型时容易出现邮寄过程中的挤压变形、废弃的胶带和保鲜膜也会对环境产生白色污染，同时这种取型方法在取型时会造成客户的不舒适感，并且取出的头型在运输过程中要耗费大量的时间和费用，成本高且效率低。

其二是机械式接触扫描的方法，这种方法采用探针定位扫描（stylus一based）。首先，用探针在客户头部需要取型的部分勾勒出轮廓曲线；然后用计算机软件对采集到的数据进行运算，得出客户头型的三维数据。

这种方法存在以下三点缺陷，第一、采用机械式的探针在客户头上直接接触采集数据，在采集数据时客户会感到不适。第二、用探针取型时要求客户长时间保持同一姿势，在用探针取型时，如客户头部位置发生变化，探针的坐标就会发生变化，从而导致采集的数据不准确；第三、这种方法是用探针勾勒出客户头部的大体轮廓，然后由计算机软件运算得出客户头部的三维数据，由于不是直接采集到的数据，所以得到的数据不精确。另外探针式扫描不适合在质地较软的头皮上操作。

另外还有一种非接触式光学扫描技术，是用三维和二维图像合成的办法获取三维图像的。这种方法扫描人体头部时需扫描两次，一次是三维扫描，一次是二维扫描。然后将三维和二维的数据进行合成，得到最终的三维数据。这种方法由于要扫描两次，还要对三维和二维数据进行合成，所以存在扫描时间长，数据处理时间长，最终得到的三维数据不精确的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种假发头壳制作方法及系统，不必接触用户的身体即可实现对假发头壳的制作，制作精度及制作效率都很高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种假发头壳制作方法，包括：

利用光栅投影仪将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处，通过电荷耦合元件CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

根据取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息，并根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳。

优选地，上述技术方案中，所述通过CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像，包括：

在不同位置上设置至少两个CCD摄影机对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

利用一个CCD摄影机在不同位置分别对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像。

优选地，上述技术方案中，所述根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳之前，所述方法还包括：

对所述三维数据对三维数据进行修正，根据修正后的三维数据进行三维建模，并清除冗余数据。

优选地，上述技术方案中，所述对所述三维数据对三维数据进行修正，包括：

对所述三维数据进行下述方式至少之一的处理：

空洞填补、采样压缩、数据平滑、消除噪声、消除层差、调整坐标系、数据编辑及表面平滑。

优选地，上述技术方案中，所述通过电荷耦合元件CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像之前，所述方法还包括：

对取型对象头部需要制作假发处覆盖合适的材料以适于所述CCD摄影机拍摄。

优选地，上述技术方案中，所述根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳，包括：

根据所述三维数据加工得到头型模型，根据所述头型模型加工得到头壳；所述头型模型包括石膏模型、石蜡模型、金属模型、石墨模型或木质模型。

一种假发头壳制作系统，包括光栅投影仪、CCD摄影机系统、数控加工设备和吸壳机设备；所述CCD摄影机系统包括CCD摄影机、活动支架和数据处理设备，所述CCD摄影机安装于活动支架上；其中，

光栅投影仪，用于将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处；

CCD摄影机，用于在活动支架的控制下，从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

数据处理设备，用于检测CCD摄影机的位置信息；根据所述CCD摄影机取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息；根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

数控加工设备，用于根据所述三维数据加工得到头型模型；

吸壳机设备，用于根据所述头型模型加工得到头壳。

优选地，上述技术方案中，所述CCD摄影机系统包括至少两个CCD摄影机，所述至少两个CCD摄影机安装于所述活动支架的不同位置上，或者，所述至少两个CCD摄影机分别安装于多个活动支架上，所述至少两个CCD摄影机并行对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

优选地，上述技术方案中，所述CCD摄影机系统包括一个CCD摄影机，所述一个CCD摄影机安装于所述活动支架上，通过控制所述活动支架利用一个CCD摄影机在不同位置分别对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

优选地，上述技术方案中，所述数据处理设备还用于，对所述三维数据对三维数据进行修正，根据修正后的三维数据进行三维建模，并清除冗余数据；

具体的，所述数据处理设备对所述三维数据进行下述方式至少之一的处理：

空洞填补、采样压缩、数据平滑、消除噪声、消除层差、调整坐标系、数据编辑及表面平滑。

本发明中，通过光栅投影仪及CCD摄影机系统对取型对象头部需要制作假发处进行扫描并获取其相关数据，由于采用了非接触式方式获取取型对象头部需要制作假发处的相关数据，扫描时与人体没有任何接触，大大提升了用户体验效果。由于本发明的CCD摄影机系统的数据处理速度相当快，大大缩短了取型时间，从而提升了取型效率，提高了取型精度。

附图说明

图1为本发明假发头壳制作系统的测试光路结构示意图；

图2为本发明实施例的假发头壳制作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的假发头壳制作系统包括光栅投影仪、CCD摄影机系统、数控加工设备和吸壳机设备；所述CCD摄影机系统包括CCD摄影机、活动支架和数据处理设备，所述CCD摄影机安装于活动支架上；其中，

图1为本发明假发头壳制作系统的测试光路结构示意图，如图1所示，光栅投影仪，用于将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处；CCD摄影机，用于在活动支架的控制下，从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

数据处理设备，用于检测CCD摄影机的位置信息；根据所述CCD摄影机取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息；根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

数控加工设备，用于根据所述三维数据加工得到头型模型；

吸壳机设备，用于根据所述头型模型加工得到头壳。

上述CCD摄影机系统包括至少两个CCD摄影机，所述至少两个CCD摄影机安装于所述活动支架的不同位置上，或者，所述至少两个CCD摄影机分别安装于多个活动支架上，所述至少两个CCD摄影机并行对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

或者，上述CCD摄影机系统包括一个CCD摄影机，所述一个CCD摄影机安装于所述活动支架上，通过控制所述活动支架利用一个CCD摄影机在不同位置分别对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

上述数据处理设备还用于，对所述三维数据对三维数据进行修正，根据修正后的三维数据进行三维建模，并清除冗余数据；

具体的，所述数据处理设备对所述三维数据进行下述方式至少之一的处理：

空洞填补、采样压缩、数据平滑、消除噪声、消除层差、调整坐标系、数据编辑及表面平滑。

以下，简要说明本发明的原理。

本发明假发头壳制作系统基于结构光单目视觉三角测量原理，由CCD摄影机、光栅投影仪以及数据处理设备融合而成。系统将多组光栅条纹投影到取像对象头部表面，CCD摄影机从不同角度拍摄头部表面的光栅条纹图案，并将条纹图像输入数据处理设备；数据处理设备根据光栅条纹图案中像素点的灰度等级（R、G、B），并根据相位法和三角法等解析条纹曲率变化，精确计算出每个像素点对应物体表面的空间点坐标（X、Y、Z），获得取像对象头部表面的三维彩色点云数据（Point Cloud）。然后可根据需要，对获得的三维彩色点云数据进行填补空洞、采样压缩、平滑数据、消除噪声等等，然后对处理完的数据进行建模，对取像对象头部表面进行曲面重建，得到取像对象头部表面的三维数据。

本发明主要是基于光栅三维扫描法的测量原理，将灰白相间的光栅条纹投射到被测物体表面，受被测物体表面凹凸不平的影响，光栅条纹的影线发生变形，利用CCD摄影机摄取取像对象头部表面的光栅条纹图像，规则的光栅条纹图像受到物体表面凹凸不平的影响而发生变形，可以通过变形与灰度等级编码的对应关系，确定出图像上像素点所对应的空间坐标，并通过多幅图像的三角交汇快速获得形体的三维坐标信息。

本发明中，为了获得复杂结构物体完整形状信息，一般需要从多个视角进行测量，并对多视角测得的曲面三维数据进行匹配，并将其转换到同一坐标系下。在光栅扫描法中，基准坐标系是通过相机定标来确定的，一般将CCD摄影机的成像平面定义为XY平面，相机光轴定义为Z轴，并取光轴与XY平面的交点为坐标原点O。

在应用图像技术的检测系统中，一般采用图像识别、匹配等算法获得被测物体的位置和尺寸信息。而这些信息对于图像信息而言，只能以像素单位来表示将像素结果转化为实际距离和长度，则必须借助于CCD摄影机的标定，因此，相机的定标精度是保证系统测量精度的前提。

光学扫描仪只有经过对系统的标定后，才能根据图像之间的位置关系获得绝对相对函数，并采用关联算法将多幅扫描图像自动拼合到同一坐标系下，得到被测工件的单一完整三维图像。

本发明通过非接触式光学三维扫描方式扫描得到用户头型的三维数据，然后将所述三维数据输入至成型设备进行头壳的加工。整个过程中全部采用数字化手段进行信息采集、传输、加工，因而大幅度地提高了效率及精确性。

需要说明的是，为了进一步的提高扫描精度，在扫描时，在取型对象的头部覆盖适合拍摄的材料，在材料上标出扫描所需的位置，以便扫描结束后进行数据拼接和修整。

上述数据处理设备在本发明的一个实施例中可以是一台通用计算机，该通用计算机上安装有进行CCD摄像机位置检测的软件以及进行图像分析及位置信息计算的软件，以对所述扫描得到的三维数据进行前述的数据处理，如进行填补空洞、采样压缩、平滑数据、消除噪声、消除层差、缩放、调整坐标系等处理，并对数据进行三维建模，建立并优化整体三角片模型，最后输出为asc格式、obj格式、wri格式、sti格式或txt格式等通用cad/cam软件能够识别的格式。然后，将上面输出的数据通过通用的三维逆向软件进行编辑，进一步进行优化，去掉多余的数据（例如不需要的部位，如眼等部位），将得到的数据输出为IGS、STL等格式。

最后，将得到的数据通过CAM软件生成各种数控加工设备能够识别的文件，便于这些设备加工相应的头壳。

另外，数据处理设备并不限于所述通用计算机，其可以是具备所述数据处理功能的任何设备。

本发明中，成型设备包括数控加工设备和吸壳机设备。其中，所述数控加工设备根据所述数据处理设备所得到的三维数据加工出头型模型。该头型模型可以采用石膏模型、石蜡模型、金属模型、石墨模型或木质模型等。吸壳机设备利用前述的头型模型加工得到头壳。本发明中，由于数控加工设备及吸壳机设备均为现有技术，本发明不再赘述其工作原理及组成结构。

本发明中，所述三维数据可以是三维数据，点云数据，或者是其他任何适当格式的三维数据，本发明不作限定。

参考图2，图示了本发明实施例的假发头壳制作方法的一个实施例的流程图。如图2所示，包括以下步骤：

步骤20，对取型对象头部需要制作假发处进行处理，使其适合数据的采集。对头部的处理可以是在取型对象头部覆盖适合拍摄的材料。本发明中，适合拍摄的材料为棉布、聚硅氧烷材料等。

步骤21，在取型对象头部标出需要制作假发处。

步骤22，调整拍摄者的位置，使其头部需要制作假发处处于最佳角度。

所述最佳位置是指能够使得拍摄效果最好的位置；

步骤23，获得取型对象头部的三维数据；

利用光栅投影仪将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处，通过电荷耦合元件CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像。

根据取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息，并根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

若一次扫描得到的数据所覆盖的面积满足不了客户制作假发的要求，则可以通过对取型对象在不同方向进行扫描从而获得不同的三维数据，最后对全部的三维数据进行拼接。将扫描得到的数据统一转换到一个坐标系中，即可实现对上述扫描数据的拼接，从而即可获取对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据。具体的三维数据的确定方式，前文中已详细描述，这里不再赘述。

步骤24，对三维数据进行优化处理。

本步骤中，对步骤23中所得到的三维数据进行填补空洞、采样压缩、平滑数据、消除噪声、消除层差、缩放、调整坐标系等处理。然后对处理完后数据进行三维建模，建立并优化整体三角片模型。

之后，将上面输出的数据通过通用的三维逆向软件进行编辑，并进行进一步优化，去掉多余的数据（例如不需要的部位，如眼等部位），将得到的数据输出为CAM软件能够识别的文件格式；根据所述输出的文件，用CAM软件生成各种成型设备能够识别的文件，例如刀路文件。由于生成相应文件的技术为本领域的公知技术，因此不进行详细描述。

步骤25，加工设备根据所述成型设备能够识别的文件加工成型头壳。

本发明中，所述加工设备可以是数控机床和吸壳机设备等。

所述三维数据可以是三维数据，点云数据，或者是其他任何适当格式的三维数据，本发明不作限定。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种假发头壳制作方法，其特征在于，该方法包括：

利用光栅投影仪将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处，通过电荷耦合元件CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

根据取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息，并根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述通过CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像，包括：

在不同位置上设置至少两个CCD摄影机对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

利用一个CCD摄影机在不同位置分别对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳之前，所述方法还包括：

对所述三维数据对三维数据进行修正，根据修正后的三维数据进行三维建模，并清除冗余数据。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述对所述三维数据对三维数据进行修正，包括：

对所述三维数据进行下述方式至少之一的处理：

空洞填补、采样压缩、数据平滑、消除噪声、消除层差、调整坐标系、数据编辑及表面平滑。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述通过电荷耦合元件CCD摄影机从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像之前，所述方法还包括：

对取型对象头部需要制作假发处覆盖合适的材料以适于所述CCD摄影机拍摄。

6.根据权利要求1至5任一项所述的制作方法，其特征在于，所述根据所述三维数据制作所述取型对象头部需要制作假发处的头壳，包括：

根据所述三维数据加工得到头型模型，根据所述头型模型加工得到头壳；所述头型模型包括石膏模型、石蜡模型、金属模型、石墨模型或木质模型。

7.一种假发头壳制作系统，其特征在于，该系统包括光栅投影仪、CCD摄影机系统、数控加工设备和吸壳机设备；所述CCD摄影机系统包括CCD摄影机、活动支架和数据处理设备，所述CCD摄影机安装于活动支架上；其中，

光栅投影仪，用于将光栅条纹投射到取型对象头部需要制作假发处；

CCD摄影机，用于在活动支架的控制下，从不同位置对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

数据处理设备，用于检测CCD摄影机的位置信息；根据所述CCD摄影机取像的光栅条纹的像素点的灰度等级信息获取所述取取像的光栅条纹的曲率变化信息；根据所述CCD摄影机取像位置信息及所述光栅条纹的曲率变化信息确定所述取像的光栅条纹的所有像素点的相对坐标信息，对所有像素点的相对坐标信息进行统一转换而作为所述取型对象头部需要制作假发处的头壳的三维数据；

数控加工设备，用于根据所述三维数据加工得到头型模型；

吸壳机设备，用于根据所述头型模型加工得到头壳。

8.根据权利要求7所述的制作系统，其特征在于，所述CCD摄影机系统包括至少两个CCD摄影机，所述至少两个CCD摄影机安装于所述活动支架的不同位置上，或者，所述至少两个CCD摄影机分别安装于多个活动支架上，所述至少两个CCD摄影机并行对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

9.根据权利要求7所述的制作系统，其特征在于，所述CCD摄影机系统包括一个CCD摄影机，所述一个CCD摄影机安装于所述活动支架上，通过控制所述活动支架利用一个CCD摄影机在不同位置分别对所述取型对象头部需要制作假发处的光栅条纹进行取像；

所述数据处理设备还用于，检测并记录CCD摄影机取像时的位置信息。

10.根据权利要求7所述的制作系统，其特征在于，所述数据处理设备还用于，对所述三维数据对三维数据进行修正，根据修正后的三维数据进行三维建模，并清除冗余数据；

具体的，所述数据处理设备对所述三维数据进行下述方式至少之一的处理：

空洞填补、采样压缩、数据平滑、消除噪声、消除层差、调整坐标系、数据编辑及表面平滑。