CN105965891A - 用于3d打印的半立体扫描取材方法和系统 - Google Patents

用于3d打印的半立体扫描取材方法和系统 Download PDF

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李德豪
吴国宝
武梦洁
邓俊安
区灿彬
刘开杰
李家昆
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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Abstract

本发明涉及一种用于3D打印的半立体扫描取材方法，通过视频采集；视频处理；轮廓计算；将被拍摄面的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件。利用本发明可以仅通过一部智能手机，即制作出能反应目标物部分表面轮廓的半立体源文件，并可将手机直接连接3D打印设备，打印出目标物的半立体模型，也可以将制得的半立体源文件传送到计算机等其他设备上。

Description

用于3D打印的半立体扫描取材方法和系统
【技术领域】
本发明涉及一种用于3D打印的扫描取材方法和系统，更具体地，涉及一种用于3D打印的半立体扫描取材方法和系统，属于立体打印技术领域。
【背景技术】
3D打印技术越来越普及，为了能将实物的立体信息转换为计算机能直接处理进行打印的数字信号，往往需要专业的三维扫描设备对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，但是一般的三维扫描设备通常较贵，且不易携带。而实际应用中，除部分要求较高的打印物品需要精确且高质量的3D源文件外，很多用于娱乐休闲的纪念品、饰物或青少年游戏作品，只要具有其部分表面的大致轮廓，具有小许的立体感便已足够。如果采用专业的3D扫描仪获取这些物品的立体源文件并打印，不仅设备成本较高，而且还要携带大体积的扫描仪，占用较大的空间，不利用3D打印的普及。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的半立体扫描取材方法，只需一部普通的智能手机就能快速地获取物品的半立体源文件，并可通过3D打印设备打印成半立体模型。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于3D打印的半立体扫描取材方法，包括以下步骤：
步骤S1：视频采集：同时开启摄像装置和与摄像装置相连的辅助灯，通过移动拍摄目标物的部分表面生成微视频；
步骤S2：视频处理：将S1获取的微视频转换成一系列连续的多帧图像；
步骤S3：轮廓计算：利用其中两帧图像之间的时间差、辅助灯产生的倒影比例、光暗度变化和摄像装置移动速度计算被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄面的轮廓信息；
步骤S4：将被拍摄面的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件。
所述用于3D打印的半立体扫描取材方法，其中，步骤S1中，所述目标物静止、摄像装置于目标物待拍摄面前方进行非水平移动并使得摄像头经过待拍摄面中心最高点的正前方。
所述用于3D打印的半立体扫描取材方法，其中，步骤S1中，按照从目标物待拍摄面前方非水平(如：左上角向右下角的方向)移动摄像装置。所述摄像装置的移动的距离优选为3-8厘米。
所述用于3D打印的半立体扫描取材方法，在步骤S4之后，还包括步骤S5：设置打印深度比例。
本发明的另一目的是提供一种用于3D打印的半立体扫描取材系统，包括摄像模块、光束发射模块、视频处理模块、计算模块和文件生成模块，其中，
摄像模块，用于移动拍摄目标物的部分表面生成微视频；
光束发射模块，和摄像模块固定连接并随其移动，用于向目标物发射光束并产生倒影(例如手机之闪光灯)；
视频处理模块，与摄像模块连接，将微视频转换成一系列连续的多帧图像；
计算模块，与视频处理模块连接，接收经过处理后的多帧图像，并根据其中两帧图像之间的时间差、光束产生的倒影比例、光暗度变化和摄像模块移动速度计算目标物被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄面的轮廓信息；
文件生成模块，与计算模块连接，将计算模块获取的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件。
优选的，上述用于3D打印的半立体扫描取材系统还包括存储模块，与文件生成模块连接，用于存储生成的半立体源文件。
进一步的，上述用于3D打印的半立体模型打印系统还包括与储存模块连接的文件传送模块。
本发明中所述“半立体”这一名词的定义为：能反应物体的部分表面轮廓的模型，比如硬币背面的立体图案，只具有脸部轮廓的头像，表面具有“凸效”的微立体照片、襟章等。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于3D打印的半立体扫描取材系统可以是一部智能手机，也可以是连接有辅助灯的摄像头，连接在装有可实现上述功能的软件的计算机上的一套装置。利用本发明所提供的方法，仅通过一部智能手机，即制作出能反应目标物部分表面轮廓的半立体源文件，并可将手机直接连接3D打印设备，打印出目标物的半立体模型，也可以将制得的半立体源文件传送到计算机等其他设备上。在利用3D打印技术制作硬币一面的立体图案、人像、立体照片、襟章等对精度不高的摆件时，无需专业的扫描设备、随时随地即可进行打印前半立体源文件的制作。
【附图说明】
图1为本发明实施例中用于3D打印的半立体扫描取材系统的模块框图；
图2为本发明中用于3D打印的半立体扫描取材方法的流程示意图；
图3为本发明实施例拍摄微视频时，智能手机与人脸相对位置以及手机移动方向的立体示意图；
图4为本发明实施例拍摄微视频时，智能手机与人脸相对位置以及手机移动方向的主视图；
图5为本发明实施例打印出的人像左视图。
【具体实施方式】
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
如图1所示为本实施例所述的一种用于3D打印的半立体扫描取材系统的结构框图：其中，摄像模块，用于移动拍摄目标物的部分表面生成微视频；光束发射模块和摄像模块固定连接并随着摄像模块移动，向目标物发射光束并产生倒影(例如手机闪光灯)；视频处理模块与摄像模块连接，将拍摄到的微视频转换成一系列连续的多帧图像；计算模块与视频处理模块连接，接收经过处理后的多帧图像，并根据其中两帧图像之间的时间差、光束产生的倒影比例、光暗度变化和摄影模块移动速度计算目标物被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄面的轮廓信息；文件生成模块与计算模块连接，将计算模块获取的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件；储存模块与文件生成模块连接，将半立体源文件储存，并可通过与其相连接的文件传送模块传送至其它设备。
所述用于3D打印的半立体扫描取材系统可以是一部智能手机，也可以是连接有辅助灯的摄像头，连接在装有可实现上述功能的软件的计算机上的一套装置。图2为本发明中用于3D打印的半立体扫描取材方法的一般流程示意图，下面以智能手机为例详细描述利用智能手机扫描人脸并打印半立体人像模型的过程：
步骤S1：同时开启手机自带的摄像头和闪光灯，如图3和4所示，将手机1至于待拍摄人脸2的前方，于平面3内按从左下角向右上角的方向移动手机5厘米，并使得摄像头经过人脸2中心最高点的正前方，拍摄一段人脸微视频；
步骤S2：将拍摄的微视频转换成一系列连续的多帧图像；
步骤S3：手机程序利用其中两帧图像之间的时间差、辅助灯产生的倒影比例、光暗度变化和手机移动速度计算被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄人脸2的轮廓信息；
步骤S4：将步骤S3获取的人脸2轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件并储存在手机中；
步骤S5：设置打印深度比例，将智能手机1通过wifi与3D打印机连接，打印出如图5所示的人像模型。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于3D打印的半立体扫描取材方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：视频采集：同时开启摄像装置和与摄像装置相连的辅助灯，通过移动拍摄目标物的部分表面生成微视频；
步骤S2：视频处理：将S1获取的微视频转换成一系列连续的多帧图像；
步骤S3：轮廓计算：利用其中两帧图像之间的时间差、辅助灯产生的倒影比例、光暗度变化和摄像装置移动速度计算被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄面的轮廓信息；
步骤S4：将被拍摄面的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的半立体扫描取材方法，其特征在于，步骤S1中，所述目标物静止、摄像装置于目标物待拍摄面前方进行非水平移动并使得摄像头经过待拍摄面中心最高点的正前方。
3.根据权利要求2所述的用于3D打印的半立体扫描取材方法，其特征在于，步骤S1中，按照从目标物待拍摄面前方非水平(如：左上角向右下角的方向)移动摄像装置。
4.根据权利要求3所述的用于3D打印的半立体扫描取材方法，其特征在于，所述摄像装置的移动的距离为3-8厘米。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于3D打印的半立体扫描取材方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括步骤S5：设置打印深度比例。
6.一种用于3D打印的半立体扫描取材系统，其特征在于，包括摄像模块、光束发射模块、视频处理模块、计算模块和文件生成模块，其中，
摄像模块，用于移动拍摄目标物的部分表面生成微视频；
光束发射模块，和摄像模块固定连接并随其移动，用于向目标物发射光束并产生倒影(例如手机之闪光灯)；
视频处理模块，与摄像模块连接，将微视频转换成一系列连续的多帧图像；
计算模块，与视频处理模块连接，接收经过处理后的多帧图像，并根据其中两帧图像之间的时间差、光束产生的倒影比例、光暗度变化和摄影模块移动速度计算目标物被拍摄面点与点之间的深度差，获取被拍摄面的轮廓信息；
文件生成模块，与计算模块连接，将计算模块获取的轮廓信息转换成可用于3D打印的半立体源文件。
7.根据权利要求6所述的用于3D打印的半立体扫描取材系统，其特征在于，还包括存储模块。
8.根据权利要求7所述的用于3D打印的半立体扫描取材系统，其特征在于，还包括与储存模块连接的文件传送模块。
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