CN112515660A - 激光雷达人体建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光扫描的技术领域，公开了激光雷达人体建模方法，具体包括如下步骤：S1：图像采集设备对人体的边侧区域进行扫描，补捉人体边缘的空间点阵分布，通过空间的点阵分布示意图获取人体模型初步结构，针对人体模型初步结构与人体真是数据进行比对，调节人体模型初步结构的数值；S2：图像采集设备对提供的模型轮廓边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状模型。本发明通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性。

Description

激光雷达人体建模方法
技术领域
本发明专利涉及激光扫描的技术领域，具体而言，涉及激光雷达人体建模方法。
背景技术
人体三维扫描主流技术可分为被动扫描和主动扫描两类方法。其中，主动三维扫描技术包括激光扫描、结构光扫描、飞行时间法等，现有的三维人体扫描系统，如美国的基于激光扫描原理的Cyberware，其精度高，但价格昂贵(二十多万美元)；从多个视角对人体进行扫描，扫描时间快，5秒钟以内即可完成全身扫描，但色彩还原度一般，设备价格也比较高；西安交通大学研发的RDSBodyscan人体扫描仪，速度快，精度较高，但不可见红外波对人体有一定伤害，并且其价格在百万人民币以上；Artec手持式三维扫描仪，其价格相对较低(十几万人民币)，但扫描时间长，被扫描的人需要保持某个姿势3～5分钟。
现有技术中的人体三维扫描主流技术所扫描的时间较长，并且扫描的原理是分区域扫描，最后进行整个板面的拼接以完成整体模型的建造，这样在建造完成后进行拼接容易造成错位，从而影响模型的完整性，并且在模型表面处理时的哇凹度以及凸出度均比较模糊，从而导致所建造的人体模型无法供医生进行诊断使用。
发明内容
本发明的目的在于提供激光雷达人体建模方法，通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性，并且利用边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状，旨在解决现有技术中现有技术中的人体三维扫描主流技术所扫描的时间较长，并且扫描的原理是分区域扫描，最后进行整个板面的拼接以完成整体模型的建造，这样在建造完成后进行拼接容易造成错位，从而影响模型的完整性的问题。
本发明是这样实现的，激光雷达人体建模方法，具体包括如下步骤：
S1：图像采集设备对人体的边侧区域进行扫描，补捉人体边缘的空间点阵分布，通过空间的点阵分布示意图获取人体模型初步结构，针对人体模型初步结构与人体真是数据进行比对，调节人体模型初步结构的数值；
S2：图像采集设备对提供的模型轮廓边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状模型；
S3：再对人体初状模型内部每个侧面进行依次扫描，接收装置接收雷达反射的声波，进行面部特征识别，图像采集设备依据声波反射的时间判断出轮廓的局部特征并进行绘制模型，初步建立人体模型；
S4：雷达再次发射声波，接收装置同时接收所反射的声波，对所建立的人体模型进行检测，对人体模型各部位的凹面与凸面曲率进行汇算，同时进行模型微调，增加所建立模型的精确度；
S5：建立三维空间坐标系，对人体模型进行点阵分布标记并存档，点阵分布标记包括各分布点的横、纵、高坐标数值，最后导出三维模型图，即完成人体模型的建立。
进一步地，在S1中，调节人体模型初步结构的数值包括身高、胸围、肩宽、头宽的数值，调整后的点阵会随数值更换坐标点。
进一步地，在S2中，轮廓线连接拟合首先是对竖直面上的点阵进行拟合，拟合后的多个线阵图再进行拟合呈人体初状模型。
进一步地，在S3中，所述雷达发射的声波为固定频率，所述声波在遇见人体阻隔时实现反向，最后被接收装置所接收。
进一步地，所述声波进行面部特征识别包括面部轮廓、胸部轮廓，所述面部轮廓的测算为眼部凹面曲率以及鼻梁或嘴部的凸面曲率。
进一步地，所述胸部轮廓的测算为胸部的凸面曲率、腹部的凸面曲率以及人体后背的凹面曲率。
进一步地，在S4中，所述人体模型的检测为再次利用雷达发射声波，声波通过对面部轮廓、胸部轮廓再猜进行测量，所测量的数据与建模时的曲率进行对比，若曲率相同即进行后续流程，若曲率不同，针对同一部位再次进行检测，以再检测的曲率数值进行模型微调，调至与所检测出的模型曲率相同。
进一步地，所述激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动。
进一步地，在S5中，所建立的三维空间坐标系以人体模型的升高为Z轴，人体模型的宽度为X轴，人体模型的厚度为Y轴。
进一步地，所导出的三维模型图存档在装置的存储器中，并且所述存储器上连接有USB数据交换口，用于三维模型图的转移或复制。
与现有技术相比，本发明提供的激光雷达人体建模方法具备如下有益效果：
1、通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性，并且利用边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状，同时利用雷达与接收装置进行人体模型进行检测，时进行模型微调，增加所建立模型的精确度；
2、激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动，因此人体站在自旋转站台上旋转的权属不超过三圈，建模效率高，并且通过设置的雷达与接收装置不断对模型进行自检，以保证模型精准性。
附图说明
图1为本发明提出的激光雷达人体建模方法的流程框图；
图2为本发明提出的激光雷达人体建模方法的轮廓边缘点绘制图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图1-2所示，为本发明提供的较佳实施例。
激光雷达人体建模方法，具体包括如下步骤：
S1：图像采集设备对人体的边侧区域进行扫描，补捉人体边缘的空间点阵分布，通过空间的点阵分布示意图获取人体模型初步结构，针对人体模型初步结构与人体真是数据进行比对，调节人体模型初步结构的数值，通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性；
S2：图像采集设备对提供的模型轮廓边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状模型；
S3：再对人体初状模型内部每个侧面进行依次扫描，接收装置接收雷达反射的声波，进行面部特征识别，图像采集设备依据声波反射的时间判断出轮廓的局部特征并进行绘制模型，初步建立人体模型；
S4：雷达再次发射声波，接收装置同时接收所反射的声波，对所建立的人体模型进行检测，对人体模型各部位的凹面与凸面曲率进行汇算，同时进行模型微调，增加所建立模型的精确度；
S5：建立三维空间坐标系，对人体模型进行点阵分布标记并存档，点阵分布标记包括各分布点的横、纵、高坐标数值，最后导出三维模型图，即完成人体模型的建立；
具体的，通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性，并且利用边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状，同时利用雷达与接收装置进行人体模型进行检测，时进行模型微调，增加所建立模型的精确度；
本实施例中，在S1中，调节人体模型初步结构的数值包括身高、胸围、肩宽、头宽的数值，调整后的点阵会随数值更换坐标点，通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性。
本实施例中，在S2中，轮廓线连接拟合首先是对竖直面上的点阵进行拟合，拟合后的多个线阵图再进行拟合呈人体初状模型，利用点呈线、线成面、线成体的原理构成人体模型。
本实施例中，在S3中，雷达发射的声波为固定频率，声波在遇见人体阻隔时实现反向，最后被接收装置所接收，声波进行面部特征识别包括面部轮廓、胸部轮廓，面部轮廓的测算为眼部凹面曲率以及鼻梁或嘴部的凸面曲率，胸部轮廓的测算为胸部的凸面曲率、腹部的凸面曲率以及人体后背的凹面曲率，以达到对人体模型的外表面进行模拟成型。
本实施例中，在S4中，人体模型的检测为再次利用雷达发射声波，声波通过对面部轮廓、胸部轮廓再猜进行测量，所测量的数据与建模时的曲率进行对比，若曲率相同即进行后续流程，若曲率不同，针对同一部位再次进行检测，以再检测的曲率数值进行模型微调，调至与所检测出的模型曲率相同，激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动，激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动，因此人体站在自旋转站台上旋转的权属不超过三圈，建模效率高。
本实施例中，在S5中，所建立的三维空间坐标系以人体模型的升高为Z轴，人体模型的宽度为X轴，人体模型的厚度为Y轴，所导出的三维模型图存档在装置的存储器中，并且存储器上连接有USB数据交换口，用于三维模型图的转移或复制。
本技术方案在人体建模时，首先是通过激光补捉人体边缘的空间点阵分布，已获得人体模型的大致轮廓，并且通过人体模型初步结构与真实数据进行对比调整，以达到模型的完整性，并且利用边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状，之后激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动，因此人体站在自旋转站台上旋转的权属不超过三圈，建模效率高，并且通过设置的雷达与接收装置不断对模型进行自检，以保证模型精准性。
本实施例中，整个操作过程可由电脑控制，加上PLC等等，实现自动化运行控制，且在各个操作环节中，可以通过设置传感器，进行信号反馈，实现步骤的依序进行，这些都是目前自动化控制的常规知识，在本实施例中则不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.激光雷达人体建模方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：图像采集设备对人体的边侧区域进行扫描，补捉人体边缘的空间点阵分布，通过空间的点阵分布示意图获取人体模型初步结构，针对人体模型初步结构与人体真是数据进行比对，调节人体模型初步结构的数值；
S2：图像采集设备对提供的模型轮廓边缘点矩阵进行轮廓线连接拟合，形成空间线性矩阵，空间线性矩阵在不同空间内相拟合，形成不同的面矩阵，最后形成人体初状模型；
S3：再对人体初状模型内部每个侧面进行依次扫描，接收装置接收雷达反射的声波，进行面部特征识别，图像采集设备依据声波反射的时间判断出轮廓的局部特征并进行绘制模型，初步建立人体模型；
S4：雷达再次发射声波，接收装置同时接收所反射的声波，对所建立的人体模型进行检测，对人体模型各部位的凹面与凸面曲率进行汇算，同时进行模型微调，增加所建立模型的精确度；
S5：建立三维空间坐标系，对人体模型进行点阵分布标记并存档，点阵分布标记包括各分布点的横、纵、高坐标数值，最后导出三维模型图，即完成人体模型的建立。
2.如权利要求1所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，在S1中，调节人体模型初步结构的数值包括身高、胸围、肩宽、头宽的数值，调整后的点阵会随数值更换坐标点。
3.如权利要求2所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，在S2中，轮廓线连接拟合首先是对竖直面上的点阵进行拟合，拟合后的多个线阵图再进行拟合呈人体初状模型。
4.如权利要求3所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，在S3中，所述雷达发射的声波为固定频率，所述声波在遇见人体阻隔时实现反向，最后被接收装置所接收。
5.如权利要求4所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，所述声波进行面部特征识别包括面部轮廓、胸部轮廓，所述面部轮廓的测算为眼部凹面曲率以及鼻梁或嘴部的凸面曲率。
6.如权利要求5所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，所述胸部轮廓的测算为胸部的凸面曲率、腹部的凸面曲率以及人体后背的凹面曲率。
7.如权利要求6所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，在S4中，所述人体模型的检测为再次利用雷达发射声波，声波通过对面部轮廓、胸部轮廓再猜进行测量，所测量的数据与建模时的曲率进行对比，若曲率相同即进行后续流程，若曲率不同，针对同一部位再次进行检测，以再检测的曲率数值进行模型微调，调至与所检测出的模型曲率相同。
8.如权利要求7所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，所述激光雷达人体建模方法所运用的装置为自旋转模式，人体站立在自旋转站台，若检测时发现曲率不同，则自旋转模式停止，直至模型调整后启动。
9.如权利要求8所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，在S5中，所建立的三维空间坐标系以人体模型的升高为Z轴，人体模型的宽度为X轴，人体模型的厚度为Y轴。
10.如权利要求9所述的激光雷达人体建模方法，其特征在于，所导出的三维模型图存档在装置的存储器中，并且所述存储器上连接有USB数据交换口，用于三维模型图的转移或复制。
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