CN107154073A - 一种三维建模设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维建模设备，包括：摄像支架、至少三个拍摄单元、控制模块和计算机；所述摄像支架具有支撑柱；至少三个拍摄单元均安装于摄像支架上，其中一个拍摄单元安装于摄像支架中心，用于拍摄被拍摄体正面图像；其余拍摄单元分别安装于摄像支架中心的两侧，用于拍摄被拍摄体左右两侧图像；控制模块，与拍摄单元电连接，用于根据计算机的指令控制拍摄单元对被拍摄体进行拍摄，并将拍摄单元拍摄的图像发送给计算机；计算机，用于向控制模块发送拍摄指令，并根据控制模块发送的图像进行三维建模。本申请可以方便清晰的获取被拍摄体图像，使得被拍摄体的三维建模方便、精准，而且移动方便、成本较低。

Description

一种三维建模设备及方法

技术领域

本发明涉及一种三维建模设备及方法，属于图像建模领域。

背景技术

随着数字三维技术的发展，三维模型在动画、游戏、虚拟现实、3D打印等领域有着越来越多的应用，因此三维建模一直是研究的热点。

三维模型的建立首先要获取被拍摄体的图像，当被拍摄体为具有表情的人体或动物时，由于面部表情丰富，图像获取比较困难。现有技术中主要通过激光三维扫描仪或相机阵列获取被拍摄体图像,然后根据获取的图像进行三维建模。但是由于激光扫描仪扫描时间长，获取的被拍摄体表情呆板，不利于三维建模；相机阵列由于是瞬间同步拍摄，因此获取的被拍摄体表情自然逼真，但是利用相机阵列获取被拍摄体图像时，需要采取环绕式的结构，即相对被拍摄体将相机围成一圈，从各个角度同时拍摄，这样必然造成图像获取设备占地面积较大，移动不便，且由于相机数量多，成本较高。

发明内容

本发明提出了一种三维建模设备及方法，可以方便的获取表情丰富的被拍摄体图像，使得三维建模方便、精准，而且移动方便、成本较低。

本申请提供了一种三维建模设备，包括摄像支架、至少三个拍摄单元、控制模块和计算机；

所述摄像支架具有支撑柱；

至少三个拍摄单元均安装于摄像支架上，其中一个拍摄单元安装于摄像支架中心，用于拍摄被拍摄体正面图像；其余拍摄单元分别安装于摄像支架中心的两侧，用于拍摄被拍摄体左右两侧图像；

控制模块，与拍摄单元电连接，用于根据计算机的指令控制拍摄单元对被拍摄体进行拍摄，并将拍摄单元拍摄的图像发送给计算机；

计算机，用于向控制模块发送拍摄指令，并根据控制模块发送的图像进行三维建模。

其中，所述摄像支架采用铝合金结构且相对于支撑柱左右对称。

设摄像支架两侧的端点与垂直正对摄像支架中心的被拍摄体中心之间的连线夹角为α，α≤180°。

设摄像支架中心两侧的拍摄单元分别与被拍摄体中心的连线夹角为φ，0°≤φ≤90°。

其中，所述每个拍摄单元由2台主光轴平行或向内侧相交的相机组成。

其中，所述拍摄单元为6个，摄像支架中心上下对称的设置2个，摄像支架左右各设置2个。

进一步地，还包括至少一个闪光灯，设置于所述摄像支架上，用于在所述拍摄单元拍摄被拍摄体图像时提供光照。

本申请还提供了一种三维建模方法，包括：

获取被拍摄体正面图像，所述被拍摄体两侧各有编码靶标；两侧编码靶标数量总共至少为3个；

获取被拍摄体背面图像，所述正面图像和背面图像均包括所有编码靶标；

分别根据所述正面图像和所述背面图像计算被拍摄体的正面三维模型和背面三维模型；

根据所述正面三维模型和所述背面三维模型中坐标相同的编码靶标，将正面三维模型和背面三维模型合成为被拍摄体三维模型。

其中，所述被拍摄体两侧各有2个编码靶标。

其中，所述编码靶标为同心环型或者点分布型。

本发明的有益效果是：

本申请通过摄像支架及其安装于摄像支架上的至少三个拍摄单元，可以从不同角度获取被拍摄体图像，这种开放式结构相对于现有技术中的环绕式结构，不仅可以一次性获取被拍摄体的图像，避免了现有技术中因多次拍摄或长时间扫描带来的图像表情僵硬或失真，确保了被拍摄体面部表情生动，使得三维建模更加精确，而且相机数量大大减少，占地面积小、安装简单、成本低；进一步地，还可以在摄像支架上的拍摄单元之间安装多个闪光灯，从而提高拍摄图像时的亮度，使得拍摄的图像更加清晰，进一步提高三维建模的精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种三维建模设备正视图；

图2是本发明提供的一种三维建模设备俯视图；

图3是本发明提供的一种三维建模方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点等更加清楚明确，在这里举出实际例子并参考附图进行进一步的说明。

本发明实施例提供了一种三维建模设备，图1为本发明实施例提供的三维建模设备正视图，图2为本发明实施例提供的三维建模设备俯视图，如图1和图2所示,该设备包括摄像支架1、至少三个拍摄单元2、控制模块3和计算机4；

本发明实施例中，摄像支架1具有支撑柱，支撑柱的上端可以呈弧形结构，也可以呈直线结构；摄像支架1还可以是由多个支撑柱形成环形围绕的多边形结构。本发明实施例对摄像支架的具体形式不作限定，只要能在摄像支架1上面安装至少三个拍摄单元2，能实现被拍摄体正面图像和左右两侧图像的拍摄即可。

最优的，摄像支架1相对于支撑柱左右对称，摄像支架1的中心与被拍摄体垂直正对且相距预设距离，设摄像支架1两侧的端点与被拍摄体中心之间的连线夹角为α，α≤180°。

具体地，摄像支架1采用铝合金结构，为了适应被拍摄体的高度，使得摄像支架可以进行升降，可以在摄像支架的支撑柱上设置多个卡扣等方法来调节摄像支架1的高度，同时为了便于移动，可以在摄像支架上安装轮子。

至少三个拍摄单元2均安装于摄像支架1上，其中一个拍摄单元1安装于摄像支架1中心，用于拍摄被拍摄体正面图像；其余拍摄单元2分别安装于摄像支架中心的两侧，用于拍摄被拍摄体左右两侧图像；设摄像支架1中心两侧的拍摄单元2分别与被拍摄体中心的连线夹角为φ，则0°≤φ≤90°。

每个拍摄单元2由2台相机组成，两台相机的主光轴平行或向内侧相交，使得拍摄的图像能够立体成像。根据实际经验值，两台相机的主光轴夹角≤15度。

进一步地，为了使得每个拍摄单元2呈为一体化，可以在2台相机的外侧设置一个外壳，用于将2台相机包住，需要注意的是在外壳表面对应相机镜头的位置开孔，以便不遮挡相机的视场。

本发明实施例中采用数码相机，型号为Canon 100D，有效像素为1800万，最高分辨率为5184*3456；镜头采用Canon EF 40mm/2.8STM。

本发明实施例中拍摄单元2有6个，摄像支架1中心上下对称的设置2个，摄像支架1左右各设置2个，最优的，将拍摄单元2对称设置在摄像支架1的两侧。例如，靠近摄像支架1中心的拍摄单元2与摄像支架1的中心夹角为30度，远离摄像支架1中心的拍摄单元2与摄像支架1的中心夹角为60度，具体度数可以根据实际需要来设置，本发明实施例对此不作具体限制。

控制模块3，与拍摄单元2电连接，用于根据计算机4的指令控制拍摄单元2对被拍摄体进行拍摄，并将拍摄单元2拍摄的图像发送给计算机4。

计算机4，用于向控制模块3发送拍摄指令，并根据控制模块3发送的图像进行三维建模。

进一步地，为了保证拍摄单元拍摄的图像清晰，本发明实施例还包括设置于摄像支架上的闪光灯，用于在拍摄单元对被拍摄体进行拍摄时提供光照。具体的，可以包括多个闪光灯，分别设置于拍摄单元之间。

实际应用中被拍摄体可以是人体，也可以是动物体，本发明实施例中被拍摄体为人体，重点拍摄人体头部。

本发明实施例通过摄像支架及其安装于摄像支架上的至少三个拍摄单元，可以从不同角度获取被拍摄体图像，这种开放式结构相对于现有技术中的环绕式结构，不仅可以一次性获取被拍摄体的图像，避免了现有技术中因多次拍摄或长时间扫描带来的图像表情僵硬或失真，确保了被拍摄体面部表情生动，使得三维建模更加精确，而且相机数量大大减少，占地面积小、安装简单、成本低；进一步地，可以在摄像支架的支撑柱上设置多个卡扣来调节摄像支架的高度，使得摄像支架可以进行升降，从而可以适应不同高度的被拍摄体；进一步地，可以在摄像支架上安装轮子，使得三维建模设备可以方便的移动，应用灵活；进一步地，还可以在摄像支架上的拍摄单元之间安装多个闪光灯，从而提高拍摄图像时的亮度，使得拍摄的图像更加清晰，进一步提高三维建模的精度。

基于上述三维建模设备，本发明还提供了一种三维建模方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、获取被拍摄体正面图像，该被拍摄体两侧各有编码靶标；两侧编码靶标数量总共至少为3个；

其中，编码靶标可以为同心环型或者点分布型，本发明实施例中编码靶标采用12比特同心环型,其外径可制成2cm，在被拍摄体两侧肩部各设置2个，当然，也可以根据实际需要设置编码靶标的具体尺寸和数量，本发明实施例对此不作具体限制。

步骤102、获取被拍摄体背面图像，该正面图像的拍摄角度与背部图像的拍摄角度相差180度；该正面图像和背面图像均包括所有编码靶标；

实际应用中，通过上述三维建模设备来获取被拍摄体正面图像和背面图像，获取背面图像时，保持三维建模设备不动，将被拍摄体旋转180度来获取。

步骤103、分别根据正面图像和背面图像计算被拍摄体的正面三维模型和背面三维模型；

根据正面图像和背面图像计算被拍摄体的正面三维模型和背面三维模型，属于本领域技术人员的公知常识，本发明实施例在此不再赘述。

步骤104、根据正面三维模型和背面三维模型中坐标相同的编码靶标，将正面三维模型和背面三维模型合成为被拍摄体三维模型。

实际应用中被拍摄体可以是人体，也可以是动物体，本发明实施例中被拍摄体为人体，重点拍摄人体头部，因此获取的被拍摄体正面图像和背面图像分别为人体头部正面图像和人体头部背面图像。

本发明实施例通过获取包含被拍摄体两侧编码靶标的正面图像和背面图像，然后分别根据正面图像和背面图像计算被拍摄体的正面三维模型和背面三维模型，最后根据正面三维模型和背面三维模型中坐标相同的编码靶标，将正面三维模型和背面三维模型合成为被拍摄体三维模型，不仅建模精确，而且建模方法简单高效。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种三维建模设备，其特征在于，包括摄像支架、至少三个拍摄单元、控制模块和计算机；

所述摄像支架具有支撑柱；

所述至少三个拍摄单元均安装于所述摄像支架上，其中一个拍摄单元安装于摄像支架中心，用于拍摄被拍摄体正面图像；其余拍摄单元分别安装于摄像支架中心的两侧，用于拍摄被拍摄体左右两侧图像；

所述控制模块，与所述拍摄单元电连接，用于根据所述计算机的指令控制所述拍摄单元对被拍摄体进行拍摄，并将所述拍摄单元拍摄的图像发送给计算机；

所述计算机，用于向所述控制模块发送拍摄指令，并根据所述控制模块发送的图像进行三维建模。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述摄像支架采用铝合金结构且相对于支撑柱左右对称。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设摄像支架两侧的端点与垂直正对摄像支架中心的被拍摄体中心之间的连线夹角为α，α≤180°。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设摄像支架中心两侧的拍摄单元分别与被拍摄体中心的连线夹角为φ，0°≤φ≤90°。

5.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述每个拍摄单元由2台主光轴平行或向内侧相交的相机组成。

6.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述拍摄单元为6个，摄像支架中心上下对称的设置2个，摄像支架左右各设置2个。

7.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，还包括至少一个闪光灯，设置于所述摄像支架上，用于在所述拍摄单元拍摄被拍摄体图像时提供光照。

8.一种三维建模方法，其特征在于，包括：

获取被拍摄体正面图像，所述被拍摄体两侧各有编码靶标；两侧编码靶标数量总共至少为3个；

获取被拍摄体背面图像，所述正面图像和背面图像均包括所有编码靶标；

分别根据所述正面图像和所述背面图像计算被拍摄体的正面三维模型和背面三维模型；

根据所述正面三维模型和所述背面三维模型中坐标相同的编码靶标，将正面三维模型和背面三维模型合成为被拍摄体三维模型。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述被拍摄体两侧各有2个编码靶标。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述编码靶标为同心环型或者点分布型。