CN108592793B - 一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，包括环形主扫描箱(1)、顶部扫描箱(2)、顶部灯箱(3)、扫描模块(4)和灯光模块(5)，其特征在于，所述的环形主扫描箱(1)包括多个子扫描箱(11)和多个将子扫描箱(11)连接在一起的扫描箱连接架(12)，所述的多个顶部扫描箱(2)和多个顶部灯箱(3)安装在子扫描箱架(111)的顶部，顶部扫描箱(2)和顶部灯箱(3)相间隔并均匀布置，形成一个环形结构，顶部反光板(23)和顶部LED灯板(32)朝向环形结构的中心线。本发明三维人体扫描仪具有模块化、一体化、封闭化的整体结构，能够快速扩展和减少扫描箱数量，高度集成扫描设备，实现了对人体快速、高效、低成本的扫描。

Description

一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪

技术领域

本发明属于计算机三维建模技术领域，特别涉及一种采用照相机图像进行建模的三维人体扫描仪。

背景技术

随着各行各业数字化的发展，虚拟资产的应用越来越广泛，例如身份识别、虚拟社区、广告制作、电脑游戏等等，一些常用于电影的制作技术开始扩散到其它行业，以满足各行各业对高精度数字模型越来越高的需求。现在虚拟人物的制作方式主要包括计算机直接三维建模和三维扫描转化为数字模型两类。其中，计算机直接三维建模效率低，模型质量不稳定，对建模艺术家个人能力的要求比较高；而采用三维扫描进行建模速度快，模型真实，可批量制作，更适应各行业对模型质量、生产效率的不同需求。

目前常用的三维扫描方式存在不少问题。一种是采用激光三维扫描设备，可获取丰富的几何细节和细腻的纹理，但其扫描速度低下，无法快速获取物体三维数据，通常用于大尺寸静态设备和建筑空间的扫描；二是采用专用的深度相机或投射结构光的方法测量物体的三维空间位置，比如现有的“手持扫描器”，但是扫描时间长，活体扫描精度低，易导致人员疲劳，影响扫描效果，多用于小尺寸静态物品的扫描；三是基于多张不同角度的物体图像进行三维重构的方法，通常由多台数码单反相机构成矩阵系统，安装在辅助框架上，配以多个大功率摄影灯、大量辅助线材、多台专业的电脑，以及其它众多设备配件。但是这种扫描方式多为开放式框架，各个设备线材裸露在外，在实际使用过程中，设备裸露易损，操作工序复杂，需要多人配合，对空间要求极高，通常放置在影视剧组的特定摄影棚中。而在这个开放空间里，为了保证光照亮度，通常使用高功率闪光灯作为光源，十分刺激演员和操作员的眼睛，因此用户体验糟糕，难以推广应用到其他行业。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，实现了对人体快速、高效、低成本的扫描，该三维人体扫描仪具有模块化、一体化、封闭化的整体结构，能够快速扩展和减少扫描箱数量，高度集成了相机、摄影灯、支撑框架、辅助线材等设备，所有设备安全封装于模块化的壳体之内，结构布局合理，造型美观高档，使用维护方便，一人即可独立操作，对使用空间要求少，可用于普通办公空间，适用行业广泛。

本发明的具体技术方案是一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，包括环形主扫描箱、顶部扫描箱、顶部灯箱、扫描模块和灯光模块，其特征在于，

所述的环形主扫描箱包括多个子扫描箱和多个将子扫描箱连接在一起的扫描箱连接架，所述的子扫描箱包括子扫描箱架、主相机支架、主反光板、子扫描箱门和主LED灯板，所述的子扫描箱架为长方体结构，相对的两个侧面分别安装主反光板和子扫描箱门，其余两个侧面用于连接扫描箱连接架，所述的主相机支架位于子扫描箱架的长方体结构内，所述的主反光板开有相机孔和主LED灯板孔，所述的主LED灯板安装在主反光板上并将主LED灯板孔封闭，所述的多个子扫描箱均匀布置，形成一个所有主反光板与地面垂直的环形结构，所有主反光板朝向环形结构的中心线，两个子扫描箱之间用一个扫描箱连接架连接在一起，所述的扫描箱连接架包括连接架立板和可变角度连接器，所述的连接架立板为一块竖直的水平剖面为一段圆弧的弧面板，连接架立板上下端的弧面内侧分别安装一个所述的可变角度连接器，所述的可变角度连接器包括带滑槽固定板、子扫描箱连接固定板、子扫描箱连接活动板和铰链，所述的带滑槽固定板上具有与连接架立板水平剖面的圆弧相同的弧度并平行的滑槽，带滑槽固定板的外侧固定在连接架立板的内侧，所述的子扫描箱连接固定板的一端固定安装在带滑槽固定板的一端并与带滑槽固定板垂直，子扫描箱连接固定板的另一端通过铰链旋转连接在子扫描箱连接活动板的一端上，子扫描箱连接活动板的另一端具有滑块，该滑块能够在带滑槽固定板的滑槽中滑动，子扫描箱连接固定板、子扫描箱连接活动板的外侧分别安装在扫描箱连接架两侧的子扫描箱的子扫描箱架上，

所述的顶部扫描箱有多个，顶部扫描箱包括顶部扫描箱架、顶部相机支架、顶部反光板和顶部扫描箱门，所述的顶部扫描箱架具有顶板、左侧板和右侧板，顶部扫描箱架的顶板、左侧板和右侧板与安装在顶部扫描箱架上的顶部反光板以及顶部扫描箱门形成一个下端开口的半封闭空间，所述的顶部相机支架位于这个半封闭空间内，所述的顶部反光板开有相机孔，

所述的顶部灯箱有多个，顶部灯箱包括顶部灯箱架和安装在顶部灯箱架上的顶部LED灯板，

所述的扫描模块包括多部安装在主相机支架和顶部相机支架上的相机，每个主反光板的相机孔和顶部反光板的相机孔分别对应一个相机的镜头，

所述的灯光模块包括多个LED灯，LED灯安装在每个主LED灯板和顶部LED灯板后部，

所述的多个顶部扫描箱和多个顶部灯箱安装在子扫描箱架的顶部，顶部扫描箱和顶部灯箱相间隔并均匀布置，形成一个环形结构，顶部扫描箱的顶部反光板和顶部灯箱的顶部LED灯板与地面形成小于90度夹角，顶部反光板和顶部LED灯板朝向环形结构的中心线。

更进一步地，所述的子扫描箱门为滑动门，通过安装在子扫描箱架的滑轨实现滑动开启，所述的顶部扫描箱门为向上翻起的翻动门，通过安装在顶部扫描箱架的阻尼轴实用向上翻起。

更进一步地，所述的扫描箱连接架还包括搁台，所述的搁台为固定安装在连接架立板内侧的水平板。

更进一步地，所述的扫描模块还包括多个引闪器、相机云台和引闪器遥控器，相机通过相机云台安装在主相机支架或顶部相机支架上，每个相机上安装有一个引闪器，所有的引闪器通过所述的引闪器遥控器进行控制。

更进一步地，所述的灯光模块还包括LED灯电源适配器、灯光遥控接收器和灯光遥控器，所述的LED灯每个配有一个LED灯电源适配器，多个LED灯电源适配器分组连接在5个灯光遥控接收器，形成5个灯组，所述的灯光遥控接收器具有与电源连接的遥控开关，通过灯光遥控器的控制实现与电源的通断。

更进一步地，所述的子扫描箱有15个，所述的顶部扫描箱有7个，所述的顶部灯箱有8个。

本发明的有益效果是：1)本发明的三维人体扫描仪为模块化、封闭化的整体结构，产品外观简洁、结构合理，保护设备安全，操作维护简单，对空间要求低，适用行业广泛；2)各模块化的子扫描箱之间，采用可变角度的一体化扫描箱连接架，这样就可快速扩展子扫描箱的安装数量，增加更多的扫描相机，以提高扫描质量，或减少子扫描箱数量以适应场地需求；3)LED灯光常亮、照明均匀，保护眼睛，用户体验极大提高；4)基于拍摄相机图像进行三维扫描，相机布局合理，扫描精度高，能够瞬时快速扫描人体，采集效率高。

附图说明

图1为本发明的三维人体扫描仪的立体示意图；

图2为本发明的三维人体扫描仪的立体示意图(子扫描箱门开启)；

图3为本发明的三维人体扫描仪的立体示意图(顶部扫描箱门开启)；

图4为本发明的子扫描箱的立体示意图；

图5为本发明的子扫描箱的安装结构分解图；

图6为本发明的扫描箱连接架的立体示意图；

图7为本发明的扫描箱连接架的安装结构分解图；

图8为本发明的扫描箱连接架的可变角度连接器的立体示意图；

图9为本发明的顶部扫描箱的立体示意图；

图10为本发明的顶部扫描箱的安装结构分解图；

图11为本发明的顶部灯箱的立体示意图；

图12为本发明的顶部灯箱的安装结构分解图；

图13为本发明的相机、相机云台和引闪器示意图；

图14为本发明的相机的安装示意图；

图15为本发明的扫描模块的相机供电线路示意图；

图16为本发明的扫描模块的引闪器供电线路示意图；

图17为本发明的扫描模块的控制线路示意图；

图18为本发明的灯光模块的控制线路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明，本说明仅用于解释本发明，并不作为本发明的限定。

如附图1-18所示，本发明提出的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，包括环形主扫描箱1、顶部扫描箱2、顶部灯箱3、扫描模块4和灯光模块5。各个子系统封装为模块化整体，结构布局合理，造型美观高档，操作维护方便、扫描清晰高效，对使用空间要求少，适用行业广泛。

所述的环形主扫描箱1包括15个子扫描箱11和多个将子扫描箱11连接在一起的扫描箱连接架12，所述的子扫描箱11包括子扫描箱架111、主相机支架112、主反光板113、子扫描箱门114和主LED灯板115，所述的子扫描箱架111为长方体结构，相对的两个侧面分别安装主反光板113和子扫描箱门114，所述的子扫描箱门114为滑动门，通过安装在子扫描箱架111的滑轨实现滑动开启，便于检修安装安装在子扫描箱11内的相机41、LED灯51等设备和线路。其余两个侧面用于连接扫描箱连接架12，采用安装螺钉固定在一起形成所述的环形主扫描箱1。

所述的扫描箱连接架12包括连接架立板121、搁台122和可变角度连接器123，所述的搁台122为固定安装在连接架立板121内侧的水平板，搁台122可用于摆放扫描模块4中零散的相机电池适配器45、引闪器电源盒46、扫描模块电源插座47、USB分线器48等设备。所述的连接架立板121为一块竖直的水平剖面为一段圆弧的弧面板，连接架立板121上下端的弧面内侧分别安装一个所述的可变角度连接器123，所述的可变角度连接器123包括带滑槽固定板1231、子扫描箱连接固定板1232、子扫描箱连接活动板1233和铰链1234，所述的带滑槽固定板1231上具有与连接架立板121水平剖面的圆弧相同的弧度并平行的滑槽，带滑槽固定板1231的外侧固定在连接架立板121的内侧，所述的子扫描箱连接固定板1232的一端固定安装在带滑槽固定板1231的一端并与带滑槽固定板1231垂直，子扫描箱连接固定板1232的另一端通过铰链1234旋转连接在子扫描箱连接活动板1233的一端上，子扫描箱连接活动板1233的另一端具有滑块，该滑块能够在带滑槽固定板1231的滑槽中滑动，子扫描箱连接固定板1232、子扫描箱连接活动板1233的外侧分别安装在扫描箱连接架12两侧的子扫描箱11的子扫描箱架111上。通过一体化的扫描箱连接架12可快速增加或减少子扫描箱11数量。

所述的主相机支架112位于子扫描箱架111的长方体结构内，所述的主反光板113开有相机孔和主LED灯板孔，所述的主LED灯板115安装在主反光板113上并将主LED灯板孔封闭，所述的多个子扫描箱11均匀布置，形成一个所有主反光板113与地面垂直环形结构，环形结构直径约3米。所有主反光板113朝向环形结构的中心线，两个子扫描箱11之间用一个扫描箱连接架12连接在一起。主反光板113为白色亚克力材料。

所述的顶部扫描箱2有7个，顶部扫描箱2包括顶部扫描箱架21、顶部相机支架、顶部反光板23和顶部扫描箱门24，所述的顶部扫描箱架21具有顶板、左侧板和右侧板，顶部扫描箱架21的顶板、左侧板和右侧板与安装在顶部扫描箱架21上的顶部反光板23以及顶部扫描箱门24形成一个下端开口的半封闭空间，所述的顶部相机支架位于这个半封闭空间内，所述的顶部反光板23开有相机孔。所述的顶部扫描箱门24为向上翻起的翻动门，通过安装在顶部扫描箱架21的阻尼轴实用向上翻起。顶部反光板23为白色亚克力材料。

所述的顶部灯箱3有8个，顶部灯箱3包括顶部灯箱架31和安装在顶部灯箱架31上的顶部LED灯板32。

所述的扫描模块4包括多部安装在主相机支架112和顶部相机支架22上的相机41、多个引闪器42、相机云台43、引闪器遥控器44、相机电池适配器45、引闪器电源盒46、扫描模块电源插座47、USB分线器48和计算机49，每个主反光板113的相机孔和顶部反光板23的相机孔分别对应一个相机41的镜头。多部相机41形成均匀环绕扫描人体的相机矩阵，镜头距人体约1.5米。相机41通过相机云台43安装在主相机支架112或顶部相机支架22上，每个相机41上安装有一个引闪器42，所有的引闪器42通过所述的引闪器遥控器44进行控制。所述的引闪器遥控器44可无线控制所有引闪器42的同步触发，实现单反相机41的遥控同步拍摄功能，所有单元的触发信号完美同步，同步精度小于1ms。所述的USB分线器48把单反相机41拍摄的照片传输到计算机49上。所述的相机电池适配器45、引闪器电源盒46和USB分线器48均由扫描模块电源插座47供电，并且都放在环形主扫描箱1和顶部扫描箱2内部。

相机41采用了佳能1300D套机，引闪器42采用永诺RF-603无线引闪器，相机云台43采用了百诺BH00快装云台。所述的扫描模块充分考虑了操作和维护的易用性，使用相机电池适配器45取代原相机自带的电池，确保单反相机41可长期工作，并在引闪器42上焊接电线取代了电池，并引入了引闪器电源盒46为引闪器42提供3.3V直流电源，确保扫描模块的长期稳定工作。所述的引闪器电源盒46选用了一个3.3V直流电源和两块1拖8分线板，可将输入的220V交流电，转化输出16路3.3V直流电，可保证最多16个引闪器42的长期稳定工作。所述的扫描模块电源插座47使用8位PDU机柜防雷插座，确保供电安全。所述的USB分线器48为ORICO7口带电源USB3.0分线器，每台USB分线器48可以为6个单反相机41向计算机49传输数据。所述的计算机49包含技嘉z270x-ud3电脑主板、英特尔酷睿i5处理器、金士顿16G内存、西部数据2TB硬盘、安钛克机箱、海盗船vs550电源，键鼠套装以及四通道USB转PCI扩展卡。计算机49放在三维人体扫描仪旁边的操作台上，运行于Windows环境。

所述的灯光模块5包括多个LED灯51、LED灯电源适配器52、灯光遥控接收器53、灯光遥控器54和灯光电源插座55，LED灯51安装在每个主LED灯板115和顶部LED灯板32后部。所述的主LED灯板115为30个，顶部LED灯板32有8个，发光面朝向三维人体扫描仪内部，各个主LED灯板115、顶部LED灯板32、主反光板113、顶部反光板23拼合在一起，使三维人体扫描仪的内表面成为一个环状发光面，产生无影灯效果，均匀照亮被扫描的人体。所述的LED灯51每个配有一个LED灯电源适配器52，多个LED灯电源适配器52分组连接在5个灯光遥控接收器53，形成5个灯组，所述的灯光遥控接收器53具有与电源连接的遥控开关，通过灯光遥控器54的控制实现与电源的通断。所述的LED灯电源适配器52、灯光遥控接收器53和灯光电源插座55都放在环形主扫描箱1和顶部扫描箱2内部。

LED灯51功率40W，LED灯电源适配器52为铝合金防水直流电源，使用DC接头与LED灯51连接，方便维护更换。灯光电源插座55使用8位PDU机柜防雷插座，确保供电安全。所述的灯光遥控器54和灯光遥控接收器53采用TOWE一拖六路灯具220V无线遥控开关，可分组开关各个LED灯板51，适应不同拍摄需求。

所述的多个顶部扫描箱2和多个顶部灯箱3安装在子扫描箱架111的顶部，顶部扫描箱2和顶部灯箱3相间隔并均匀布置，形成一个环形结构，顶部扫描箱2的顶部反光板23和顶部灯箱3的顶部LED灯板32与地面形成小于90度夹角并朝向环形结构的中心线。

本发明提出的三维人体扫描仪工作时，先开启外部总电源，此时产品内部的扫描模块电源插座47、灯光电源插座55通电，相机电池适配器45和引闪器电源盒46随之通电，相机41和引闪器42随之开机，灯光模块通电，并可以通过灯光遥控器54遥控点亮LED灯51。然后开启计算机49，打开扫描软件，查看各个相机41的工作状态，状态正常就可以开始扫描工作。当被扫描人员站在三维人体扫描仪的中央时，操作员可使用引闪器遥控器44控制所有相机41同步拍摄，瞬间所有照片通过USB分线器48汇集到计算机49的硬盘内，扫描工作即成功完成。拍摄好的人体多角度的照片最终可采用Photoscan软件在无特征点的情况下进行重构，形成人体的三维模型。

本发明提出的三维人体扫描仪暂时不工作时，可以遥控关闭LED灯51，此时扫描模块仍处于启动状态，可随时等待下一次使用。

Claims (6)

1.一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，包括环形主扫描箱(1)、顶部扫描箱(2)、顶部灯箱(3)、扫描模块(4)和灯光模块(5)，其特征在于，

所述的环形主扫描箱(1)包括多个子扫描箱(11)和多个将子扫描箱(11)连接在一起的扫描箱连接架(12)，所述的子扫描箱(11)包括子扫描箱架(111)、主相机支架(112)、主反光板(113)、子扫描箱门(114)和主LED灯板(115)，所述的子扫描箱架(111)为长方体结构，相对的两个侧面分别安装主反光板(113)和子扫描箱门(114)，其余两个侧面用于连接扫描箱连接架(12)，所述的主相机支架(112)位于子扫描箱架(111)的长方体结构内，所述的主反光板(113)开有相机孔和主LED灯板孔，所述的主LED灯板(115)安装在主反光板(113)上并将主LED灯板孔封闭，所述的多个子扫描箱(11)均匀布置，形成一个所有主反光板(113)与地面垂直的环形结构，所有主反光板(113)朝向环形结构的中心线，两个子扫描箱(11)之间用一个扫描箱连接架(12)连接在一起，所述的扫描箱连接架(12)包括连接架立板(121)和可变角度连接器(123)，所述的连接架立板(121)为一块竖直的水平剖面为一段圆弧的弧面板，连接架立板(121)上下端的弧面内侧分别安装一个所述的可变角度连接器(123)，所述的可变角度连接器(123)包括带滑槽固定板(1231)、子扫描箱连接固定板(1232)、子扫描箱连接活动板(1233)和铰链(1234)，所述的带滑槽固定板(1231)上具有与连接架立板(121)水平剖面的圆弧相同的弧度并平行的滑槽，带滑槽固定板(1231)的外侧固定在连接架立板(121)的内侧，所述的子扫描箱连接固定板(1232)的一端固定安装在带滑槽固定板(1231)的一端并与带滑槽固定板(1231)垂直，子扫描箱连接固定板(1232)的另一端通过铰链(1234)旋转连接在子扫描箱连接活动板(1233)的一端上，子扫描箱连接活动板(1233)的另一端具有滑块，该滑块能够在带滑槽固定板(1231)的滑槽中滑动，子扫描箱连接固定板(1232)、子扫描箱连接活动板(1233)的外侧分别安装在扫描箱连接架(12)两侧的子扫描箱(11)的子扫描箱架(111)上，

所述的顶部扫描箱(2)有多个，顶部扫描箱(2)包括顶部扫描箱架(21)、顶部相机支架(22)、顶部反光板(23)和顶部扫描箱门(24)，所述的顶部扫描箱架(21)具有顶板、左侧板和右侧板，顶部扫描箱架(21)的顶板、左侧板和右侧板与安装在顶部扫描箱架(21)上的顶部反光板(23)以及顶部扫描箱门(24)形成一个下端开口的半封闭空间，所述的顶部相机支架位于这个半封闭空间内，所述的顶部反光板(23)开有相机孔，

所述的顶部灯箱(3)有多个，顶部灯箱(3)包括顶部灯箱架(31)和安装在顶部灯箱架(31)上的顶部LED灯板(32)，

所述的扫描模块(4)包括多部安装在主相机支架(112)和顶部相机支架(22)上的相机(41)，每个主反光板(113)的相机孔和顶部反光板(23)的相机孔分别对应一个相机(41)的镜头，

所述的灯光模块(5)包括多个LED灯(51)，LED灯(51)安装在每个主LED灯板(115)和顶部LED灯板(32)后部，

所述的多个顶部扫描箱(2)和多个顶部灯箱(3)安装在子扫描箱架(111)的顶部，顶部扫描箱(2)和顶部灯箱(3)相间隔并均匀布置，形成一个环形结构，顶部扫描箱(2)的顶部反光板(23)和顶部灯箱(3)的顶部LED灯板(32)与地面形成小于90度夹角，顶部反光板(23)和顶部LED灯板(32)朝向环形结构的中心线。

2.如权利要求1所述的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，其特征在于，所述的子扫描箱门(114)为滑动门，通过安装在子扫描箱架(111)的滑轨实现滑动开启，所述的顶部扫描箱门(24)为向上翻起的翻动门，通过安装在顶部扫描箱架(21)的阻尼轴实用向上翻起。

3.如权利要求1所述的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，其特征在于，所述的扫描箱连接架(12)还包括搁台(122)，所述的搁台(122)为固定安装在连接架立板(121)内侧的水平板。

4.如权利要求1所述的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，其特征在于，所述的扫描模块(4)还包括多个引闪器(42)、相机云台(43)和引闪器遥控器(44)，相机(41)通过相机云台(43)安装在主相机支架(112)或顶部相机支架(22)上，每个相机(41)上安装有一个引闪器(42)，所有的引闪器(42)通过所述的引闪器遥控器(44)进行控制。

5.如权利要求1所述的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，其特征在于，所述的灯光模块(5)还包括LED灯电源适配器(52)、灯光遥控接收器(53)和灯光遥控器(54)，所述的LED灯(51)每个配有一个LED灯电源适配器(52)，多个LED灯电源适配器(52)分组连接在5个灯光遥控接收器(53)，形成5个灯组，所述的灯光遥控接收器(53)具有与电源连接的遥控开关，通过灯光遥控器(54)的控制实现与电源的通断。

6.如权利要求1－5任一一项所述的一种可扩展模块数量的人体三维扫描仪，其特征在于，所述的子扫描箱(11)有15个，所述的顶部扫描箱(2)有7个，所述的顶部灯箱(3)有8个。

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