CN110084846A - 一种低成本的身体表面模型三维重建系统及方法 - Google Patents

一种低成本的身体表面模型三维重建系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本的身体表面模型三维重建系统，包括扫描客户端、稠密重建系统和三维模型调整软件，其中，扫描客户端设为扫描用APP，用于对身体表面进行扫描，得到身体的图像帧；稠密重建系统通过三维重建服务器运行，用于对图像帧进行身体模型的稠密重建，并生成三维身体模型；三维模型调整软件用于读取生成的三维身体模型，并将其调整到人体的正常形态，进而生成支具模型，得到正常的身体表面模型。本发明还涉及利用上述身体表面模型三维重建系统构建身体模型的方法。通过使用本发明提供的系统进行三维重建，能够节省费用，且本发明重建方法的精度较高，能够广泛应用在三维重建技术领域。

Description

一种低成本的身体表面模型三维重建系统及方法
技术领域
本发明涉及三维重建技术领域，具体是指一种低成本的身体表面模型三维重建系统及方法。
背景技术
脊柱侧弯(Scoliosis)是指人的脊椎有不正常的侧向弯曲，多发于青少年儿童，可导致儿童身体残疾，严重影响青少年的心理和生理健康。其最佳治疗时间也限于生长未终止前的儿童，成年后患病人群的治疗效果下降，除手术外无法完全达到矫正的目的，烦扰终生。传统的医治方式分为佩戴支具(Orthosis)与手术治疗两种，佩戴支具适用于大多数病情较轻的患者，手术治疗适用于非常严重的患者。传统的支具制作方式是先通过石膏来获得患者身体的大致形状，从而制作出患者的身体模型，再用石膏模型制作支具。当今的新型制作方式是利用特殊的医用激光三维扫描仪对患者进行身体建模，再利用计算器针对患者的身体三维模型制作支具模型，最后由专门的支具师用雕刻机制作出支具。
现有常见的身体表面模型三维重建方法有激光三维扫描法、结构光三维扫描法等。激光三维扫描法需要特制的激光三维扫描仪器，但此类仪器价格非常昂贵，个人用户无法承受。而且此类仪器均为面向医院或特定组织的商业化仪器，个人用户不适合购买使用。而结构光三维扫描法也需要特制的结构光投影仪器，其价格相比激光三维扫描仪而言较低，但也高于5000元，此价格个人用户也难以承受。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种低成本的身体表面模型三维重建系统，包括扫描客户端、稠密重建系统和三维模型调整软件，其中，
所述扫描客户端设为扫描用APP，用于对身体表面进行扫描，得到身体的图像帧；
所述稠密重建系统通过三维重建服务器运行，用于对图像帧进行身体模型的稠密重建，并生成三维身体模型；
所述三维模型调整软件用于读取生成的三维身体模型，并将其调整到人体的正常形态，进而生成支具模型，得到正常的身体表面模型。
进一步地，所述扫描用APP基于智能设备，所述智能设备设为智能手机。
进一步地，所述稠密重建系统利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用若干列降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型。
进一步地，运行所述稠密重建系统的三维重建服务器是基于云服务器的。
进一步地，所述三维模型调整软件设为支具CAD软件。
本发明还提供了一种技术方案：
一种低成本的身体表面模型三维重建系统方法，所述低成本的身体表面模型三维重建系统为上述所述的低成本的身体表面模型三维重建系统，具体步骤为：
(1)运行扫描客户端：利用计算器视觉领域中的SLAM算法来同时计算智能手机基于空间的三维位置与空间中物体的三维形状，待扫描者站与某处，通过智能手机环绕待扫描者身体进行扫描，得到待扫描者的图像帧；
(2)运行稠密重建系统：稠密重建系统通过互联网接收到扫描客户端传输过来的图像帧后，利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型，达到利用图像帧进行身体模型的稠密重建目的；
(3)运行三维模型调整软件：身体三维面片模型被发送至三维模型调整软件支具CAD，支具CAD首先进行读取，而后根据身体模型进行变形，将变形的身体调整至正常体态，然后根据正常体态的患者身形生成身体表面模型。
采用以上系统和方法后，本发明具有如下优点：
此发明能够帮助患者个人以低成本的方式进行身体表面模型的三维重建，从而降低治疗成本，减轻患者治疗负担；
本发明基于消费级智能手机，无需专用扫描设备，可以显著降低个人用户对身体进行表面模型三维重建的费用，并提供与现有技术相持平的精确度。
附图说明
图1是一种低成本的身体表面模型三维重建系统的流程图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术中利用三维扫描仪进行身体扫描的高昂费用问题，提出了一种利用现有较为普及的智能安卓手机即能实现的三维身体扫描系统，具体为：
结合附图1，一种低成本的身体表面模型三维重建系统，包括扫描客户端、稠密重建系统和三维模型调整软件，其中，
扫描客户端设为扫描用APP，用于对身体表面进行扫描，得到身体的图像帧；
稠密重建系统通过三维重建服务器运行，用于对图像帧进行身体模型的稠密重建，并生成三维身体模型；
三维模型调整软件用于读取生成的三维身体模型，并将其调整到人体的正常形态，进而生成支具模型，得到正常的身体表面模型。
扫描用APP基于智能设备，智能设备设为智能手机。
稠密重建系统利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用若干列降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型。
运行稠密重建系统的三维重建服务器是基于云服务器的。
三维模型调整软件设为支具CAD软件。
通过上述身体表面三维模型重建系统来实现身体的三维重建时，具体操作步骤为：
(1)运行扫描客户端：利用计算器视觉领域中的SLAM算法来同时计算智能手机基于空间的三维位置与空间中物体的三维形状，待扫描者站与某处，通过智能手机环绕待扫描者身体进行扫描，得到待扫描者的图像帧；
(2)运行稠密重建系统：稠密重建系统通过互联网接收到扫描客户端传输过来的图像帧后，利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型，达到利用图像帧进行身体模型的稠密重建目的；
(3)运行三维模型调整软件：身体三维面片模型被发送至三维模型调整软件支具CAD，支具CAD首先进行读取，而后根据身体模型进行变形，将变形的身体调整至正常体态，然后根据正常体态的患者身形生成身体表面模型。
通过上述系统实现身体三维扫描，不再需要昂贵的三维扫描仪，即能达到相同的精度，降低成本。

Claims (6)

1.一种低成本的身体表面模型三维重建系统，其特征在于，包括扫描客户端、稠密重建系统和三维模型调整软件，其中，
所述扫描客户端设为扫描用APP，用于对身体表面进行扫描，得到身体的图像帧；
所述稠密重建系统通过三维重建服务器运行，用于对图像帧进行身体模型的稠密重建，并生成三维身体模型；
所述三维模型调整软件用于读取生成的三维身体模型，并将其调整到人体的正常形态，进而生成支具模型，得到正常的身体表面模型。
2.根据权利要求1所述的一种低成本的身体表面模型三维重建系统，其特征在于，所述扫描用APP基于智能设备，所述智能设备设为智能手机。
3.根据权利要求1所述的一种低成本的身体表面模型三维重建系统，其特征在于，所述稠密重建系统利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用若干列降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型。
4.根据权利要求1所述的一种低成本的身体表面模型三维重建系统，其特征在于，运行所述稠密重建系统的三维重建服务器是基于云服务器的。
5.根据权利要求1所述的一种低成本的身体表面模型三维重建系统，其特征在于，所述三维模型调整软件设为支具CAD软件。
6.一种低成本的身体表面模型三维重建系统方法，其特征在于，所述低成本的身体表面模型三维重建系统为上述权利要求1所述的低成本的身体表面模型三维重建系统，具体步骤为：
(1)运行扫描客户端：利用计算器视觉领域中的SLAM算法来同时计算智能手机基于空间的三维位置与空间中物体的三维形状，待扫描者站与某处，通过智能手机环绕待扫描者身体进行扫描，得到待扫描者的图像帧；
(2)运行稠密重建系统：稠密重建系统通过互联网接收到扫描客户端传输过来的图像帧后，利用计算器视觉领域中的MVS算法，根据图像计算深度信息，生成稠密的三维身体模型，然后再使用降噪算法以及表面重建算法，通过稠密点云生成光滑的身体三维面片模型，达到利用图像帧进行身体模型的稠密重建目的；
(3)运行三维模型调整软件：身体三维面片模型被发送至三维模型调整软件支具CAD，支具CAD首先进行读取，而后根据身体模型进行变形，将变形的身体调整至正常体态，然后根据正常体态的患者身形生成身体表面模型。
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