CN110717988A - 一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法 - Google Patents

一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，包括基于三维激光雷达的人体数据采集子系统及人体三维重建及试衣子系统；人体数据采集子系统通过激光雷达扫描试衣间点云信息，通过摄像机采集图像信息，并将其发送给人体三维重建及试衣子系统；人体三维重建及试衣子系统通过人体三维模型生成模块进行点云配准、噪声及背景移除、目标三维重构、面部贴图操作生成目标三维模型，并通过虚拟试衣模块完成虚拟试衣，通过试衣镜完成交互式操作。本发明能够通过固定位置安装的激光雷达扫描装置及摄像机装置对试衣间进行实时成像，并对试衣目标进行快速三维重构，完成人体目标的快速三维重建及交互式虚拟试衣。

Description

一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法
技术领域
本发明属于激光雷达技术领域及体感交互技术领域，具体涉及一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法。
背景技术
随着体感技术及3D技术的不断发展，如今，3D技术已不再局限于电影或游戏应用。在服装领域中，基于体感交互及3D技术的虚拟试衣应用有着重要的实用价值。对于顾客而言，该技术可以有效提高顾客试衣效率，增强顾客客户体验；对于商场而言，该技术有效降低商场门店效率，降低营运成本；对于服装供应商而言，可以获得有关用户的数据信息，为服装定制、设计提供有效支持。
目前，现有的人体三维重建技术主要通过图像的三维重构技术实现，该方法在数据来源上无法直接获得目标的三维特征信息，在三维重建过程中存在计算效率低下、重建数据误差较大等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，能够通过固定位置安装的激光雷达扫描系统对试衣间进行实时扫描成像测量，将不同激光雷达扫描得到的激光点云进行配准与人体目标提取，并对目标进行三维重构，以得到目标三维模型；同时通过有关摄像头提取目标面部信息，从而对目标进行人体建模，并提取数据库中的衣物信息，生成虚拟的三维模型，最终实现一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统。
实现本发明的技术方案如下：
一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，包括基于三维激光雷达的人体数据采集子系统和人体三维重建及试衣子系统；
基于三维激光雷达的人体数据采集子系统扫描点云、拍摄图像信息，并将其发送给人体三维重建及试衣子系统；
人体三维重建及试衣子系统硬件组成包括试衣镜(显示屏)及运行于试衣镜内部的处理器，该系统对所述信息进行多传感器信息配准、背景移除、目标三维重构后，通过与数据库内的衣物信息进行匹配，得到虚拟试衣后的人体模型，并通过试衣镜进行模型展示。
进一步地，所述基于三维激光雷达的人体数据采集子系统需包含三维激光雷达与摄像机；其中三维激光雷达可为三维固态激光雷达、三维单线激光雷达系统或三维多线激光雷达。
进一步地，所述三维激光雷达需置于试衣镜上方，如有第二台，需置于试衣目标背后，以确保得到试衣目标的完整人体信息；所述摄像机需置于试衣镜上方，以确保得到试衣目标的面部信息。
进一步地，所述人体三维重建及换装子系统过程为：
步骤一、根据基于三维激光雷达的人体数据采集子系统获得的信息进行人体目标三维重建；
步骤二、利用人体三维信息进行换装，得到换装后的人体三维目标信息。
进一步地，步骤一具体过程为：
步骤1.1、人体三维重建及换装子系统系统将人体数据采集子系统获得三维激光点云数据进行配准，得到相应的融合点云；
步骤1.2、对步骤1.1得到的融合点云进行背景移除、噪声移除操作，得到试衣目标的完整三维点云信息；
步骤1.3、对步骤1.2得到的试衣目标的三维点云信息进行三维重构，得到试衣目标的三维模型信息及躯干关键点；
步骤1.4、对基于三维激光雷达的人体数据采集系统获得的目标图像信息提取目标的面部信息，并对目标的三维模型信息进行面部贴图与躯干增色。得到目标的三维模型。
进一步地，步骤二的具体过程为：
步骤2.1、通过试衣镜选择目标试穿的衣物，并通过数据库得到该衣物的三维模型；
步骤2.2、利用步骤一中获得的试衣目标的三维模型及躯干关键点对衣物进行虚拟试穿，得到虚拟试穿后的目标三维模型，并通过试衣镜进行模型展示。
进一步地，步骤1.1中的激光点云配准方法采用预先标定、坐标转换及ICP(迭代最近点)精细配准法相结合的方法。
进一步地，步骤1.2中背景移除采用基于有序点云的背景差分方法。
进一步地，步骤1.2中噪声移除采用基于DBSCAN聚类的噪声移除方法。
进一步地，步骤1.3中三维重构采用基于泊松重构的重构方法。
有益效果：
本发明设计了一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，通过该系统可以获取试衣目标的三维点云信息，并在保证试衣目标人体特征完整的情况下实现对目标信息的快速采集；本发明通过三维激光雷达获取的点云信息代替二维图像作为目标的信息源，可以有效的弥补二维图像重构精度差、细节缺失的缺点，提高虚拟试衣真实性。本发明可以通过激光雷达传感器对试衣间进行完整扫描，完成目标的三维重建及虚拟试衣功能。
附图说明
图1所示为本发明的人体数据采集子系统装置图，其中包含三维激光雷达两个。
图2所示为本发明的人体数据采集子系统装置图，其中包含三维激光雷达一个。
图3所示为本发明实施例1的基于旋转式单线三维激光雷达的人体数据采集系统系统雷达扫描线示意图。
图4所示为根据本发明实施方式中的人体三维重建及虚拟试衣模块流程示意图。
图5所示为本发明实施例2的基于三维固态激光雷达的人体数据采集系统系统雷达扫描线示意图。
图6所示为本发明实施例3的基于三维多线旋转式激光雷达的人体数据采集系统系统雷达扫描线示意图。
其中，1-成像激光雷达，2-三维单线激光雷达系统及三维多线激光雷达系统中的旋转平台，3-摄像机，4-试衣镜。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，包括基于三维激光雷达的人体数据采集系统和人体三维重建及试衣系统；人体数据采集系统采集试衣间内的点云信息及图像信息，并将其发送给人体三维重建及试衣系统；人体三维重建及试衣系统利用所述信息完成目标的人体建模与虚拟试衣功能。
所述人体数据采集系统中的三维激光雷达为三维固态激光雷达系统、三维单线激光雷达系统或三维多线激光雷达系统。三维单线激光雷达系统由二维单线激光雷达及旋转平台(2)构成；三维多线激光雷达系统由二维多线激光雷达及旋转平台(2)构成。具体装置如图1所示，其中人体数据采集系统包含三维激光雷达系统和摄像机，其中，所述三维激光雷达需置于试衣镜上方，如有第二个，需置于试衣目标背后，以确保得到试衣目标的完整人体信息；所述摄像机需置于试衣镜上方，以确保得到试衣目标的面部信息；
人体三维重建及试衣系统处理人体数据采集系统得到的试衣间内点云及图像数据，得到试衣目标的三维模型信息，并将试穿衣物与目标模型进行融合，得到虚拟试穿后的人体三维模型，并通过试衣镜进行输出，所述人体三维重建及试衣算法处理步骤为：
步骤一、根据基于三维激光雷达的人体数据采集系统获得的信息进行人体目标三维重建；
步骤一主要工作内容为对人体数据采集系统采集得到的试衣间信息进行处理，得到试衣目标的人体三维模型，具体包括场景点云配准、背景移除、噪声移除、目标点云三维重构、面部贴图与躯干增色步骤。主要工作流程为：
步骤1.1、激光雷达扫描点云配准；
将基于三维激光雷达的人体数据采集系统获得的激光点云信息进行配准，得到相应的融合点云
该步骤将人体数据采集系统中两个不同位置的三维激光雷达获得的不同点云图进行配准，将试衣目标背部雷达扫描得到的点云信息统一在前方雷达坐标系中，得到试衣间场景的完整点云信息；
所述点云的配准方法采用预先标定、坐标转换及ICP(迭代最近点)精细配准法相结合的方法。
步骤1.2、场景点云背景、噪声移除；
该步骤对步骤1.1得到的融合点云进行背景移除、噪声移除操作，得到试衣目标的完整三维点云信息；
步骤1.3、目标三维重构；
该步骤对对步骤1.2得到的试衣目标的三维点云信息进行三维重构，得到试衣目标的三维模型信息及躯干关键点。
步骤1.4、面部贴图及躯干增色；
该步骤提取人体数据采集系统中图像信息的目标面部信息，并对步骤1.4获得的目标的三维模型信息进行面部贴图与躯干增色。得到目标的三维模型。
步骤二、利用人体三维信息进行换装，得到换装后的人体三维目标信息。
步骤二主要工作内容为生成试衣人换装模型。具体包括得到衣物三维模型、衣物模型与人体模型融合步骤。
步骤二的具体过程为：
步骤2.1、得到衣物模型：
该步骤通过试衣镜选择目标试穿的衣物，并通过数据库得到该衣物的三维模型；
步骤2.2、生成融合模型：
该步骤利用步骤一中获得的试衣目标的三维模型及躯干关键点对衣物进行虚拟试穿，得到虚拟试穿后的目标三维模型，并通过试衣镜进行模型展示。
实施例1
本实施例提供了一种基于旋转式单线三维激光雷达的人体数据采集系统实现激光雷达三维点云的获取，进而实现人体建模与虚拟换装，其中包括单线激光雷达和旋转扫描结构。
单线激光雷达旋转式扫描结构如图3所示。单线激光雷达旋转式系统由二维线扫激光雷达与旋转平台构成，扫描线束为单线激光点束，经过旋转形成扫描区域。图3中虚线所示为激光在地面上的扫描束，灰色部分为单条激光扫描线束。旋转地面覆盖扫描区域为以雷达为中心的圆形或扇形区域。从而实现对试衣间的完整扫描。
本实施例中，虚拟试衣系统包括：试衣间数据采集模块和人体三维重建及虚拟试衣模块；
试衣间数据采集模块硬件组成包括旋转式单线激光雷达两个，摄像头一个；其中，单线激光雷达用于采集人体目标的三维点云信息，并生成三维模型；摄像头用于采集人体面部信息，并与人体三维模型融合。试衣间数据采集模块最终输出传感器获得的点云及图像信息，具体装置信息如图1所示。
人体三维重建及虚拟试衣模块硬件组成包括试衣镜(与人等高的交互式显示屏)和处理工具。如图4所示，其系统组成包括人体目标三维模型生成子模块和虚拟试衣子模块。人体目标三维模型生成子模块接受试衣间数据采集模块获得的点云及图像信息，并依此生成人体的三维模型。虚拟试衣模块接受生成的人体三维模型，并通过体感交互的方式查阅衣物数据库得到所用衣物信息，并将其与接受的人体三维模型进行融合得到虚拟试衣后模型；
所述人体三维重建及虚拟试衣模块具体包括：
人体目标三维模型生成子模块，通过所述采集数据，通过三维重建的方法生成人体目标三维模型。
虚拟试衣模块，通过体感交互的方式查阅数据库获取衣物数据，并将其与所述人体目标三维模型进行融合，生成虚拟试衣的三维模型，并最终通过试衣镜进行模型输出。
具体的，所述人体目标三维模型生成子模块具体包括：
点云数据配准子模块，通过所述点云数据配准子模块可以将两激光雷达传感器获得的不同坐标系下的点云数据进行配准、融合；将置于目标背后的传感器获得的点云数据转化为正面传感器坐标系下。在本例中，具体的配准方法为预先标定、坐标转换及ICP(迭代最近点)精细配准法。首先通过预计算所得两雷达坐标系的旋转平移矩阵，并通过坐标转换法进行背后扫描点云的坐标转换，最终通过ICP方法进行精配准、以减少系统误差。
配准点云噪声及背景移除子模块，通过所述配准点云噪声及背景移除子模块对配准后的点云进行噪声滤除和背景移除操作，从而完成试衣目标的三维信息提取操作。具体的，该模块中噪声移除采用基于DBSCAN的点云杂散点移除方法；背景移除操作采用基于点云有序性的背景移除方法。
目标三维重构子模块，通过所述目标三维重构子模块将前一模块提取的目标点云信息进行三维重构，从而将离散的点云信息重构为完整、封闭的人体三维模型，并在重构过程中提取人体的关键特征点。本实施例中采用泊松重构的方式对目标进行三维重构。
面部信息提取及融合子模块，通过面部信息提取及融合子模块将所述试衣间数据采集模块获得的目标面部图像信息对重构后人体模型进行贴图及躯干着色，生成最终的试衣目标三维模型。
具体的，所述虚拟试衣子模块具体包括：
体感交互子模块，通过体感交互的方式让用户选择试穿衣物，从数据库中读取衣物三维模型信息。
生成融合模型子模块，通过体感交互子模块获得衣物模型与试衣目标的三维模型及躯干关键点进行融合，得到虚拟试穿后的目标三维模型，并通过试衣镜进行模型展示。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上减少了三维激光雷达系统的数量，如图2所示，人体数据采集系统需要三维激光雷达系统及摄像机各一个；其中，三维激光雷达系统及摄像机系统置于试衣镜上方对试衣目标进行扫描和成像。
为保证对试衣目标的完整扫描，试衣目标需面对、背对试衣镜各完成一次数据采集，从而获得试衣目标的完整数据。因此，实施例1中所述人体目标三维模型生成子模块的点云数据配准子模块需在噪声及背景移除后完成。具体的，在本例中，具体的配准方法为坐标转换及ICP(迭代最近点)精细配准法。首先通过坐标转换法进行背后扫描点云的坐标转换，最终通过ICP方法进行精配准、以减少系统误差。
其余步骤与分析过程与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种三维固态激光雷达的人体数据采集系统的虚拟试衣系统及方法，其中包括基于三维固态激光雷达的试衣间数据采集模块和人体三维重建及虚拟试衣模块。如图5所示，三维固态激光雷达由激光相控阵控制激光扫描区域，可不通过旋转扫描结构实现三维场景扫描，实现场景指定区域的扫描。
本实施例人体三维重建及虚拟试衣方法与实施例1相同，故不再赘述人体三维重建及虚拟试衣方法。
其余步骤与分析过程与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供了一种三维多线旋转式激光雷达的人体数据采集系统的虚拟试衣系统及方法，其中包括基于三维多线旋转式激光雷达的试衣间数据采集模块和人体三维重建及虚拟试衣模块。本实施例人体三维重建及虚拟试衣方法与实施例1相同，故不再赘述人体三维重建及虚拟试衣方法。
如图6所示，三维多线旋转式激光雷达装配方式与三维固态激光雷达相同。三维多线旋转式激光雷达由多线扫描激光雷达(如16线或32线等)与旋转平台构成，扫描线束为多条单线激光点束，经过旋转形成扫描区域。旋转地面覆盖扫描区域为以雷达为中心的圆形或扇形。如图6所示，三维多线旋转式激光雷达扫描线为多条激光线束旋转扫描形成的同心圆。本实施例所述三维多线旋转式激光雷达扫描方式相较于三维固态激光雷达扫描方式与三维单线旋转式激光雷达扫描分辨率更高，扫描速度更快。
其余步骤与分析过程与实施例1相同。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统，其特征在于，基于三维激光雷达的人体数据采集子系统及人体三维重建及试衣子系统；
人体数据采集子系统扫描点云、拍摄图像信息，并将其发送给人体三维重建及试衣子系统；
人体三维重建及试衣子系统通过人体三维模型生成模块进行点云配准、噪声及背景移除、目标三维重构、面部贴图操作生成目标三维模型，并通过虚拟试衣模块完成虚拟试衣，通过试衣镜完成交互式操作。
2.如权利要求1所述的一种采用三维激光雷达的虚拟试衣系统及方法，其特征在于，所述人体数据采集子系统装置包含用于获取三维影像的三维激光雷达、获取图像信息的摄像机。
3.如权利要求1、2所述的人体数据采集子系统，其特征在于，所述其中三维激光雷达可为三维固态激光雷达、三维单线激光雷达系统或三维多线激光雷达系统。
4.一种采用三维激光雷达的人虚拟试衣方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据人体数据采集子系统获得的信息进行人体目标三维重建；
步骤二、利用人体三维信息进行换装，得到换装后的人体三维目标信息。
5.如权利要求4所述的一种采用三维激光雷达的虚拟试衣方法，其特征在于，步骤一和步骤二的具体过程为：
步骤1.1、将基于三维激光雷达的人体数据采集子系统获得的激光点云信息进行配准，得到相应的融合点云；
步骤1.2、对步骤1.1得到的融合点云进行背景移除、噪声移除操作，得到试衣目标的完整三维点云信息；
步骤1.3、对步骤1.2得到的试衣目标的三维点云信息进行三维重构，得到试衣目标的三维模型信息及躯干关键点；
步骤1.4、对基于三维激光雷达的人体数据采集系统获得的目标图像信息提取目标的面部信息，并对目标的三维模型信息进行面部贴图与躯干增色。得到目标的三维模型。
步骤2.1、通过试衣镜选择目标试穿的衣物，并通过数据库得到该衣物的三维模型；
步骤2.2、利用步骤一中获得的试衣目标的三维模型及躯干关键点对衣物进行虚拟试穿，得到虚拟试穿后的目标三维模型，并通过试衣镜进行模型展示。
6.如权利要求5所述的一种采用三维激光雷达的虚拟试衣方法，其特征在于，步骤1.1中的配准方法采用预先标定、坐标转换及ICP(迭代最近点)精细配准法相结合的方法。
7.如权利要求5所述的一种采用三维激光雷达的虚拟试衣方法，其特征在于，步骤1.2中背景移除采用基于有序点云的背景差分方法。
8.如权利要求5所述的一种采用三维激光雷达的虚拟试衣方法，其特征在于，步骤1.2中噪声移除采用基于DBSCAN的杂散点移除方法。
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