CN104392483A - 一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，通过人体扫描仪的各红外摄像头对扫描空间进行扫描，通过反射的红外线计算空间深度，得到测量者的人体模型数据；PC端将红外摄像头扫描出的人体模型数据进行点云的转换，得到点云图，从点云图中选择对应人体各部位的点，根据人体各部位的点的位置，确定对应部位的尺寸数据，建立测量者的人体模型。通过该方式能够获取高精度的人体模型参数，进而确保建立精确的人体模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种人体测量技术，尤其涉及一种人体三维人体建模技术。
背景技术
三维人体测量技术是三维服装CAD系统的技术基础。三维人体测量技术通过人体扫描仪，对人体全身或局部进行扫描，形成人体的图像或记录，用于制作合适的服装。
目前已有的三维人体扫描仪一般通过摄像头进行人体扫描，如公开的一种基于三维深度摄像头实时人体扫描三维雕塑装置，包括三维深度摄像头、支架、计算机和三维立体打印机，其中，三根竖直设置的支架呈正三角形布置，在每根支架上设置有多个三维深度摄像头，每根支架上的三维深度摄像头个数相同，同一高度的三根支架上都有一个三维深度摄像头。三维深度摄像头都通过数据线与计算机连接，计算机通过数据线与三维立体打印机连接。
然而实践证明，现有的人体扫描仪虽然提高了人体参数测量的速度、提升了后续服装设计、制作的效率，但是由于扫描得到的人体参数的准确度不高，从而影响了后期服装设计、制作的效果与品质。因此，市场急需高精度人体参数扫描仪以及相配套的高精度的人体模型建立方法的出现。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，能够充分扫描到试衣空间内的所有位置，获取高精度的人体参数，得到精确的人体模型。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，包含以下步骤：
人体扫描仪的各红外摄像头对扫描空间进行扫描，通过反射的红外线计算空间深度，得到测量者的人体模型数据；
PC端将红外摄像头扫描出的人体模型数据进行点云的转换，得到点云图，点云图为全部由点组成的模型，点云图中每个点都用于定义人体的尺寸位置点；
从点云图中选择对应人体各部位的点，根据人体各部位的点的位置，确定对应部位的尺寸数据，建立测量者的人体模型；
人体各部位数据至少包含以下之一或其任意组合：领围、肩宽、胸围、袖长、衣长、腰围、臀围、裤长。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：通过人体扫描仪的各红外摄像头对扫描空间进行扫描，通过反射的红外线计算空间深度，得到测量者的人体模型数据；PC端将红外摄像头扫描出的人体模型数据进行点云的转换，得到点云图，从点云图中选择对应人体各部位的点，根据人体各部位的点的位置，确定对应部位的尺寸数据，建立测量者的人体模型。通过该方式能够获取高精度的人体模型参数，进而确保建立精确的人体模型。
作为进一步改进，该人体扫描仪包含一扫描空间，该扫描空间内分四处设置有四组红外摄像头，组内每个红外摄像头带一深度传感器，同一组的各红外摄像头在垂直方向上间隔分布，且每个红外摄像头分别与其他三组对应位置的红外摄像头等高，同一高度的四个红外摄像头构成一四边形的四个顶点，该四边形的长边与短边的比例为1.7:1至1.7:1.4。通过上述摄像头的布局方位和角度之间的配合，使得人体扫描仪中的摄像头能够充分扫描到空间内的所有位置，从而可以获取高精度的人体参数，进而建立精确的人体模型
作为进一步改进，该人体扫描仪中，组内每个红外摄像头正对四边形的中心，该四边形由该红外摄像头与其他三组中等高的三个红外摄像头构成；红外摄像头的视场角范围为：40度至160度。通过各摄像头之间摄像角度的配合，进一步确保人体扫描仪中的摄像头能够充分扫描到空间内的所有位置。
作为进一步改进，该人体扫描仪中，同一高度的四个红外摄像头构成的四边形的长宽比例为1.7:1.2。
作为进一步改进，该人体扫描仪中，同一组的各红外摄像头在垂直方向上等间距分布。
作为进一步改进，该人体扫描仪中，每组红外摄像头包含四个红外摄像头，各红外摄像头之间的间距为40cm至44cm；和/或，每组红外摄像头中，排列于最底层的红外摄像头距离地面9cm至13cm。这样的距离可以使得各摄像头的扫描范围最为准确，且使得摄像头的扫描范围全面覆盖整个试衣空间，既不会存在漏扫现象，也不会重复扫描，形成资源浪费。
作为进一步改进，该人体扫描仪中，同一高度的四个红外摄像头构成的四边形，长边的间距范围为：1.5米-2.7米，短边的间距范围为：1米-1.9米。
作为进一步改进，该人体扫描仪的扫描空间内设置有定位支架，固定四组红外摄像头。
作为进一步改进，该人体扫描仪的扫描空间为一长方体试衣间，定位支架由固定在试衣间左右侧壁的两组镶嵌板构成，每组镶嵌板包含上下两块，分别固定在试衣间侧壁的上部和下部位置；
同一组红外摄像头固定在一长型箱体内，长型箱体正面对应红外摄像头位置设有开口，长型箱体的上下两端分别固定于上下两块镶嵌板上。
作为进一步改进，长方体试衣间的顶部居中位置包含一标定横梁。从而能够准确地对摄像头的瞄准位置进行定位，确保摄像头正对试衣间中心位置。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中的人体三维扫描仪俯视角度结构示意图；
图2是本发明第一实施方式中的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法流程图；
图3是本发明第二实施方式中的人体三维扫描仪正视角度结构示意图；
图4是本发明第二实施方式中的人体三维扫描仪的透视图；
图5是本发明第二实施方式中的人体三维扫描仪侧上方俯视角度结构示意图；
图6是本发明实施方式中红外摄像头的视场与视场角的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明第一实施方式涉及一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其中的人体三维扫描仪，如图1所示，包含一扫描空间101，扫描空间内分四处设置有四组红外摄像头102(图1为俯视角度示意图，图中每组仅示出一个摄像头)，组内每个红外摄像头带一深度传感器，同一组的各红外摄像头在垂直方向上等间距分布，且每个红外摄像头分别与其他三组对应位置的红外摄像头等高，同一高度的四个红外摄像头构成一四边形的四个顶点，该四边形的长边A与短边B的比例为1.7:1至1.7:1.4，优选为1.7:1.2；该四边形长边的间距范围为：1.5米-2.7米，优选为1.7米；短边的间距范围为：1米-1.9米，优选为1.2米。组内每个红外摄像头正对该四边形的中心，如图1中箭头所示，该四边形即由该红外摄像头与其他三组中等高的三个红外摄像头构成。各红外摄像头的视场角范围为：40度至160度，优选为60度-80度。红外摄像头的视场为：镜头在底片上成像清晰的范围，如图6中方框所示。红外摄像头的视场角为：视场边缘与镜头所形成的夹角，如图6中角α所示。通过上述摄像位置和各摄像头角度之间的配合，使得人体三维扫描仪中的摄像头能够充分扫描到空间内的所有位置，从而可以获取高精度的人体参数。
根据上述人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法如图2所示。
步骤201中，由各红外摄像头分别对扫描空间进行扫描，通过反射回来的红外线计算空间深度，得到测量者的人体模型数据。
具体地说，由于扫描空间的空间大小是固定的，每个摄像头在扫描时都会发射出红外线阵，当红外线射到有物体受阻时会反射回去，通过对反射回来的红外线来算出空间中的深度。得到量测者人体的整个模型数据。
步骤202中，红外摄像头将人体模型数据传送到PC端。
步骤203中，PC端将摄像头扫描出的人体模型数据进行点云的转换，把整个人体模型转换成全部由点组成的模型，称为点云图。点云图中每个点都可以用来做定义人体的尺寸位置点。点云图的基准空间坐标轴建立在人体重心位置与地面的相交点处。采用重心与地面垂直的直线把人体分为两半，而生成的点云图中的每个点都有自己的坐标位置。这样就可以对每个尺寸定义点的位置有着很好的确定。正是因为每个点的位置固定，所以我们可以采集到定义在不同位置的同一种尺寸，比如腰围可以是人体的腰部最细的地方，也可以是臀部腰线的地方；比如人体的胸围在不同公司定义的位置一般也是不同的；而PC端可以通过软件改变点的位置来定义出不同位置的胸围、腰围。
步骤204，从点云图中选择对应人体各部位的点，根据人体各部位的点的位置，确定对应部位的尺寸数据。
因为人体模型(点云图)都是由点组成的，所以整个人体的数据基本上都是可以提取的。可以通过客户需求或者设计需要选择对应人体各部位的点，提取出对应部位的尺寸数据。在具体实施时，最多可以扫描出人体的180项数据。可以通过需求提取出客户所想要的数据。
上述的人体各部位数据至少包括：领围、肩宽、胸围、袖长、衣长、腰围、臀围、裤长等。
步骤205中，PC端根据所得到的尺寸数据，建立出人体的骨架、再转变成一个属于测量者自己的人体模型。该模型可以移动、转身等动作。
通过本实施方式，能够获取高精度的人体模型数据，将高精度的人体模型数据进行点云的转换，得到点云图；从该点云图中获取人体各部位尺寸数据，建立测量者的人体模型。从而可以获取测量者精确的人体模型。
本发明第二实施方式同样涉及一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其建模方法与第一实施方式大致相同，其区别在于，本实施方式中对人体扫描仪进行了进一步改进，将人体扫描仪的扫描空间设置为一长方体试衣间。如图3和图4所示，其中图3为人体三维扫描仪正视角度结构示意图，图4为其透视图。从图中可见，长方形试衣间301的长宽比例优选为1.7：1.2；长度优选为1.7米，宽度优选为1.2米。
试衣间的四个角落分别安装一组红外摄像头302(由于角度关系，图3中仅示出了四组红外组摄像头中的一组，其余三组的结构与其相同，如图4中所示)，一般每组包含四个红外摄像头，每个红外摄像头带一深度传感器，同一组的各红外摄像头在垂直方向上等间距分布，间距为40cm至44cm，优选为42cm。且每个红外摄像头分别与其他三组对应位置的红外摄像头等高，即四个摄像头组中，最低层的四个摄像头等高，由下往上排第二的四个摄像头等高，由下往上排第三的四个摄像头同样等高，分别位于四组的最顶层的四个摄像头同样等高。这样的距离可以使得各摄像头的扫描范围最为准确，且使得摄像头的扫描范围全面覆盖整个试衣间，既不会存在漏扫现象，也不会重复扫描，形成资源浪费。每组各红外摄像头的镜头均正对长方体试衣间的中心，也就是由该红外摄像头与其他三组中等高的三个红外摄像头构成的四边形的中心。图5为从侧上方俯视该人体三维扫描仪所得到的结构图，由于角度关系，图5中仅示出了四组红外组摄像头中的两组。
作为进一步改进，同一组红外摄像头中，排列于最底层的红外摄像头距离地面9cm至13cm，优选为11cm。从而确保无论测量人的身高是高或者矮，都能进行全面扫描。
作为进一步改进，为了更好地保护摄像头，延长摄像头的使用寿命，每一组红外摄像头都包在一长铁箱内，长铁箱正面对应红外摄像头位置设有开口，如图3、图4、图5所示。在长方形试衣间的短侧壁上分别固定有上下两块镶嵌板303，作为定位支架，用于固定包红外摄像头的长铁箱的上下两端。长方形试衣间的顶部可以包含一标定横梁304。从而能够准确地对摄像头的瞄准位置进行定位，确保摄像头正对试衣间中心位置。
通过本实施方式，能够进一步提高所获取的人体模型数据的精度，从而可以为测量者建立更精确的人体模型。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，包含以下步骤：
人体扫描仪的各红外摄像头对扫描空间进行扫描，通过反射的红外线计算空间深度，得到测量者的人体模型数据；
PC端将所述红外摄像头扫描出的人体模型数据进行点云的转换，得到点云图，所述点云图为全部由点组成的模型，所述点云图中每个点都用于定义人体的尺寸位置点；
从所述点云图中选择对应人体各部位的点，根据所述人体各部位的点的位置，确定对应部位的尺寸数据，建立测量者的人体模型；
所述人体各部位数据至少包含以下之一或其任意组合：领围、肩宽、胸围、袖长、衣长、腰围、臀围、裤长。
2.根据权利要求1所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪包含一扫描空间，所述扫描空间内分四处设置有四组红外摄像头，组内每个红外摄像头带一深度传感器，同一组的各红外摄像头在垂直方向上间隔分布，且每个红外摄像头分别与其他三组对应位置的红外摄像头等高，所述同一高度的四个红外摄像头构成一四边形的四个顶点，所述四边形的长边与短边的比例为1.7:1至1.7:1.4。
3.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪中，组内每个红外摄像头正对四边形的中心，所述四边形由该红外摄像头与其他三组中等高的三个红外摄像头构成；
所述红外摄像头的视场角范围为：40度至160度。
4.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪中，同一高度的四个红外摄像头构成的四边形的长宽比例为1.7:1.2。
5.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪中，同一组的各红外摄像头在垂直方向上等间距分布。
6.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪中，每组红外摄像头包含四个红外摄像头，各红外摄像头之间的间距为40cm至44cm；和/或
每组红外摄像头中，排列于最底层的红外摄像头距离地面9cm至13cm。
7.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪中，同一高度的四个红外摄像头构成的四边形，长边的间距范围为：1.5米-2.7米，短边的间距范围为：1米-1.9米。
8.根据权利要求2所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪的扫描空间内设置有定位支架，固定所述四组红外摄像头。
9.根据权利要求8所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述人体扫描仪的扫描空间为一长方体试衣间，所述定位支架由固定在所述试衣间左右侧壁的两组镶嵌板构成，每组镶嵌板包含上下两块，分别固定在所述试衣间侧壁的上部和下部位置；
同一组红外摄像头固定在一长型箱体内，所述长型箱体正面对应红外摄像头位置设有开口，所述长型箱体的上下两端分别固定于所述上下两块镶嵌板上。
10.根据权利要求9所述的根据人体扫描仪扫描数据进行三维人体建模的方法，其特征在于，所述长方体试衣间的顶部居中位置包含一标定横梁。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: Lhasa City, Tibet autonomous region 850000 Zhaxilu Lhasa economic and Technological Development Zone human resources management limited liability company No. 58 station Applicant after: Tibet appropriately Mdt InfoTech Ltd Address before: 201315 room, room 3, No. 1702, Pu Pu Road, Shanghai, Pudong New Area, China, 2388 Applicant before: SHANGHAI YIDETI INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150304 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |