CN105455308B - 一种脚型三维数据测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脚型三维数据测量系统，该系统包括相互之间位置相对固定的摄像机、投影仪、第一反射镜和第二反射镜，投影仪用于投影条纹光；条纹光的第一部分从第一方向投影到待测脚部的第一表面形成第一投影条纹，第一投影条纹直接被摄像机采集；条纹光的第二部分经第一反射镜反射后从第二方向投影到待测脚部的第二表面形成第二投影条纹，第二投影条纹经第一反射镜反射后被摄像机采集；条纹光的第三部分经第二反射镜反射后从第三方向投影到待测脚部的第三表面形成第三投影条纹，第三投影条纹经第二反射镜反射后被摄像机采集；第一投影条纹、第二投影条纹和第三投影条纹共同完整覆盖待测脚部由脚背到脚底的周表面。

Description

一种脚型三维数据测量系统

技术领域

本发明涉及三维测量领域，尤其涉及一种脚型三维数据测量系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高和对健康的日益重视，人们对鞋的舒适度的要求越来越高。因此根据不同的脚型设计出更适合的鞋，使穿鞋由大众系列化向个体适合化转变，成为鞋生产商目前追求的目标。快速精确的测量脚面的三维数据，根据逆向工程生产出让消费者舒适的鞋子是目前亟待解决的问题。目前的测量方法通常用多个传感器通过不同角度对脚面进行测量，进行数据拼接，在成本控制、测量速度和精度上均有一定的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种脚型三维数据测量系统，以提高测量精度和速度。本发明是这样实现的：

一种脚型三维数据测量系统，包括相互之间位置相对固定的摄像机、投影仪、第一反射镜和第二反射镜，所述投影仪用于投影条纹光；

所述条纹光的第一部分从第一方向投影到待测脚部的第一表面形成第一投影条纹，所述第一投影条纹直接被所述摄像机采集；

所述条纹光的第二部分经第一反射镜反射后从第二方向投影到待测脚部的第二表面形成第二投影条纹，所述第二投影条纹经第一反射镜反射后被所述摄像机采集；

所述条纹光的第三部分经第二反射镜反射后从第三方向投影到待测脚部的第三表面形成第三投影条纹，所述第三投影条纹经第二反射镜反射后被所述摄像机采集；

所述第一投影条纹、第二投影条纹和第三投影条纹共同完整覆盖待测脚部由脚背到脚底的周表面。

进一步地，所述投影仪的光轴与所述摄像机的光轴夹角为20至40度。

进一步地，所述系统还包括用于标定的立体靶标，所述立体靶标包括两个相对固定的平面靶标，两个平面靶标的靶面坐标系相互平行。

进一步地，所述立体靶标为板状结构，两个平面靶标在所述板状结构的两面。

进一步地，所述条纹光包括相移条纹光和编码条纹光。

与现有技术相比，本发明通过设置两面反射镜，可将投影仪投影的条纹光的一部分反射投影到待测脚部的与投影仪相背的面上，在一个全局世界坐标系中实现从三个方向同时对待测脚部由脚背到脚底的周表面进行三维测量，由于测量基于一个全局世界坐标系，三个方向的测量数据不需要寻找匹配点进行数据拼接，直接进行数据融合即可得到脚部的三维数据，大大提高了测量精度和速度。

附图说明

图1：本发明提供的脚型三维数据测量系统脚部正面视角光路示意图；

图2：本发明提供的脚型三维数据测量系统脚部侧面视角光路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1为本发明提供的脚型三维数据测量系统脚部正面视角光路示意图，图2为本发明提供的脚型三维数据测量系统脚部侧面视角光路示意图。图1及图2中各箭头表示光的行进方向，同一种类型的虚线表示同一条光路。结合图1及图2所示，该脚型三维数据测量系统包括相互之间位置相对固定的摄像机2、投影仪1、第一反射镜3和第二反射镜4。投影仪1用于投影条纹光，根据需要可以是任何可用于三维测量的条纹光，如相移条纹光和编码条纹光。也可以是其他结构光。

投影仪1投影的条纹光包括若干部分，即有一部分条纹光直接投影到的待测脚部5的面向投影仪1的表面，还有一部分条纹光经第一反射镜3和第二反射镜4反射后投影到了待测脚部5的背向投影仪1的表面。为便于描述，可理解为条纹光包括若干部分，各部分分别以第一部分、第二部分、第三部分等描述。

条纹光的第一部分从第一方向投影到待测脚部5的第一表面形成第一投影条纹，第一投影条纹直接被摄像机2采集。条纹光的第二部分经第一反射镜3反射后从第二方向投影到待测脚部5的第二表面形成第二投影条纹，第二投影条纹经第一反射镜3反射后被摄像机2采集。条纹光的第三部分经第二反射镜4反射后从第三方向投影到待测脚部5的第三表面形成第三投影条纹，第三投影条纹经第二反射镜4反射后被摄像机2采集。

由图1可以看出，通过合理设置第一反射镜3、第二反射镜4、投影仪1、摄像机2及待测脚部5的相对位置，就可使三个方向投影的条纹光一起对脚部由脚背到脚底的周表面实现完全覆盖，即第一投影条纹、第二投影条纹和第三投影条纹共同完整覆盖待测脚部5由脚背到脚底的周表面。设置时，投影仪1的光轴与摄像机2的光轴夹角可设置为20至40度，一般可取30度。

设置好上述结构后，还需要对该三维数据测量系统进行标定。由图1及图2可知，该系统可理解为由三个子系统组成，分别是由投影仪1和摄像机2组成的第一子系统、由投影仪1、摄像机2和第一反射镜3组成的第二子系统以及由投影仪1、摄像机2和第二反射镜4组成的第三子系统。各子系统分别从一个方向对待测脚部5进行三维测量，因此，需要分别对三个子系统进行标定。

基于标定需要，该三维数据测量系统还可包括用于标定的立体靶标，立体靶标包括两个相对固定的平面靶标，两个平面靶标的靶面坐标系相互平行。平面靶标上的特征可通过在平面靶标上打通孔形成，从而确保两个坐标系的平行关系。具体地，立体靶标可为板状结构，两个平面靶标在板状结构的两面，根据板的厚度可确定两个平面靶标的相对位置关系，板的厚度可取2毫米。将立体靶标设置在待测脚部5的位置，并使其中一个平面靶标面对投影仪1，另一个平面靶标背对投影仪1。进行标定时，投影仪1投影的条纹光将从第一方向直接投影到其中一个平面靶标上，从第二方向和第三方向投影到另一个平面靶标上。沿靶标面垂线方向等距离移动靶标，同时投影相移条纹和编码条纹，就可以通过多项式隐式标定方法，同时对三个子系统分别实现标定，从而完成对该三维数据测量系统的标定。

标定完成后，就可实现从三个方向同时对待测脚部5由脚背到脚底的周表面进行三维测量。将摄像机接收到的第一投影条纹、第二投影条纹和第三投影条纹输入计算机系统，经系统分析处理就可获得待测脚部的三维数据。由于标定及测量过程都是基于一个全局世界坐标系下进行的，因此，本系统标定速度很快，而且在测量方面，三个方向的测量数据不需要寻找匹配点进行数据拼接，直接进行数据融合即可得到脚部的三维数据，大大提高了测量精度和速度。同时，本系统只需要一个投影仪1和摄像机2，降低了测量成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种脚型三维数据测量系统，其特征在于，包括相互之间位置相对固定的摄像机、投影仪、第一反射镜和第二反射镜，所述投影仪用于投影条纹光，其中，所述条纹光包括相移条纹光和编码条纹光；

所述条纹光的第一部分从第一方向投影到待测脚部的第一表面形成第一投影条纹，所述第一投影条纹直接被所述摄像机采集；

所述条纹光的第二部分经第一反射镜反射后从第二方向投影到待测脚部的第二表面形成第二投影条纹，所述第二投影条纹经第一反射镜反射后被所述摄像机采集；

所述条纹光的第三部分经第二反射镜反射后从第三方向投影到待测脚部的第三表面形成第三投影条纹，所述第三投影条纹经第二反射镜反射后被所述摄像机采集；

所述第一投影条纹、第二投影条纹和第三投影条纹共同完整覆盖待测脚部由脚背到脚底的周表面；

其中，所述脚型三维数据测量系统还包括用于标定的立体靶标，所述立体靶标包括两个相对固定的平面靶标，平面靶标上的特征能够通过在平面靶标上打通孔形成，两个平面靶标的靶面坐标系相互平行；

所述立体靶标为板状结构，所述平面靶标在板状结构的两面，根据板的厚度能够确定所述平面靶标的相对位置关系；

所述立体靶标设置在待测脚部的位置，一个平面靶标面对所述投影仪，另一个平面靶标背对所述投影仪，标定时，所述投影仪投影的条纹光将从第一方向直接投影到其中一个平面靶标上，从第二方向和第三方向投影到另一个平面靶标上，沿靶标面垂线方向等距离移动靶标，同时投影所述相移条纹光和所述编码条纹光，通过多项式隐式标定方法，对所述脚型三维数据测量系统进行标定。

2.如权利要求1所述的脚型三维数据测量系统，其特征在于，所述投影仪的光轴与所述摄像机的光轴夹角为20至40度。