CN113163188B - 一种结合光学反射成像的3d结构光全脸成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，该方案包括头部搁置区、3D结构光转动模组及多个光学反射镜；所述3D结构光转动模组位于头部搁置区前方正中位置，通过转轴驱动可以自身为轴心进行旋转；所述光学反射镜设于3D结构光转动模组周围，本方案具有图像精度高，可以获得更加精确的人脸深度信息，为医美整形提供了良好的参考，且结构简单，相比多摄像模组的结构成本更低。

Description

一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置

技术领域

本发明涉及一种人脸成像建模装置，具体涉及一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置。

背景技术

随着时代社会的不断进步，人们越来越关注于自己的皮肤等外貌特征，因此对自己皮肤状态的了解需求也越来越强烈。在医疗美容等领域，如护肤品推荐、肤质分析等方面，人们通常要对全脸的皮肤状况进行一定的检测分析，而后根据分析结果制定相应的策略。通过使用分析仪器来对皮肤进行检测，通过检测结果来推荐合适的护肤品，或者制定相应的护肤策略。其中皮肤检测仪是用来检测皮肤的仪器，它配上专业检测软件可以帮助消费者直观快速了解自己皮肤的健康状况，其具有界面美观、实用功能全面的多种功能，它还应该具有几大分析模块并且可以准确分析出肌肤油份、水分、色斑、毛孔、肌肤年龄，通过获取肌肤角质层下的水份的数据直接获取水份数据，数据准确率高。

但是目前市场上现有的皮肤检测仪大多用单个摄像头来检测皮肤，每次只能拍摄一个角度的面部影像，如果需拍摄不同角度的面部影像，要人为的旋转头部。容易出现顾客误操作、漏拍、拍摄角度定位不准确、重复拍摄时数据偏差大的问题。而且现有的全脸检测分析仪， 拍摄形成的图片基本上是二维图形，图像不能立体旋转，轮廓分析不精确。

综上，亟待一种能够满足消费者日益增长需求的结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置包括头部搁置区、3D结构光转动模组及多个光学反射镜；所述3D结构光转动模组位于头部搁置区前方正中位置，通过转轴驱动可以自身为轴心进行旋转；所述光学反射镜设于3D结构光转动模组周围；所述光学反射镜竖直设置，且分为第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜，分别对应位于头部搁置区人脸的-45度、-15度、15度及45度位置；以3D结构光转动模组中心与头部搁置区中心的连接线为0度线，第一反射镜和第四反射镜分别位于头部搁置区的左前方位置和右前方位置，第二反射镜和第三反射镜分别位于3D结构光转动模组的左前方位置和右前方位置；第三反射镜与第二反射镜以0度线为中心线镜像设置且互相垂直，第四反射镜与第一反射镜以0度线为中心线镜像设置且互相平行；

当该转轴转到-45度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第一反射镜，从第一反射镜得到-45度人脸数据；

当该转轴转到-105度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第二反射镜，从第二反射镜得到-15度人脸数据；

当该转轴转到105度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第三反射镜，从第三反射镜得到15度人脸数据；

当该转轴转到45度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第四反射镜，从第四反射镜得到45度人脸数据。

工作原理及有益效果：1、现有技术对人脸进行拍摄，要么需要人脸自行移动，要么通过增加侧面摄像头或者移动摄像头的机构移动摄像头进行拍摄，前者对于用户的体验不好，后者需要增加更多的成本，尤其是移动机构体积较大，转动时间长，会花费较多时间，本方案克服了上述的缺点，通过转轴驱动3D结构光转动模组旋转，分别拍摄每个光学反射镜上的人脸图像，从而生成完整的人脸模型，具有结构简单、操作方便、拍摄时间短、用户体验好的优点；

2、转轴驱动3D结构光转动模组旋转的方式，可通过电机直接驱动实现，控制方便，无需额外的定位装置和传感器，只需要控制电机的转动角度或圈数即可方便实现对转轴的旋转定位，即使存在定位不精确时，也能够通过3D结构光转动模组本身的合成算法来去除重复的点云，可保证每个光学反射镜都能够显示一个完整的头像，使其不会有图像缺失，从而保证人脸模型的质量。

进一步地，每个所述光学反射镜的反射率大于等于90%。拥有90%以上的反射率的光学反射镜可给3D结构光转动模组提供更好的采集图像，显著提升其最终的人脸模型质量。

进一步地，所述转轴驱动3D结构光转动模组依次转向第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜。此方案，只需要依次转动转轴即可，即转轴顺时针或逆时针转动，最后回到初始位置，每次转动都可通过电机进行定位，也能够通过控制电机的启停来停留进行拍摄操作，控制方便，实现难度低。

进一步地，所述转轴通过电机驱动进行转动角度初定位，通过3D结构光转动模组的点云中重合的点实现对转轴的二次定位。此方案，通过两次定位，可采集到多幅精确的人脸各角度图像，从而保证能够合成符合质量要求的人脸模型。

进一步地，所述3D结构光转动模组至少包括RGB摄像头和结构光摄像头。通过RGB摄像头和结构光摄像头实现人脸模型的建立。

进一步地，所述头部搁置区设有下巴托。此方案，可方便地对用户的头部进行固定，使用体验好，使得用户的头部能够始终位于最佳的高度，从而生成完整的人脸模型。

进一步地，还包括遮光罩和设于遮光罩内的照明灯，通过所述遮光罩遮挡头部搁置区、3D结构光转动模组及多个光学反射镜。此方案，可有效地免去外部光源的影响，内部开启的照明灯可根据需求打开。

进一步地，当所述3D结构光转动模组拍摄时，所述照明灯关闭。此设置，主要是为了免去照明灯对拍摄时产生影响。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明的使用状态示意图一；

图3是本发明的使用状态示意图二；

图4是本发明生成图像的示意图。

图中，1、头部搁置区；2、3D结构光转动模组；3、下巴托；4、用户；5、转轴；6、电机；7、遮光罩；8、照明灯；9、第一反射镜；10、第二反射镜；11、第三反射镜；12、第四反射镜；13、额托。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

为了方便理解，先对3D结构光的原理进行解释：3D结构光技术的基本原理是，通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集。这种具备一定结构的光线，会因被摄物体的不同深度区域，而采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，以此来获得三维结构。简单来说就是，通过光学手段获取被拍摄物体的三维结构，再将获取到的信息进行更深入的应用。

深度图像也叫距离影像，是指将从图像采集器到场景中各点的距离（深度）值作为像素值的图像。

点云：当一束激光照射到物体表面时，所反射的激光会携带方位、距离等信息。若将激光束按照某种轨迹进行扫描，便会边扫描边记录到反射的激光点信息，由于扫描极为精细，则能够得到大量的激光点，因而就可形成激光点云。点云数据是对真实物体表面进行扫描采样获得的离散数据。

深度图像经过坐标转换可以计算为点云数据；有规则及必要信息的点云数据可以反算为深度图像。 两者在一定条件下可以进行相互转化。

为止，本方案基于集成上述技术的3D结构光转动模组2进行创造性改进形成了如图1-3所示的装置，本结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置包括头部搁置区1、3D结构光转动模组2及多个光学反射镜，其中头部搁置区1处设有吻合人脸下巴的下巴托3，下巴托3上可以安装乳胶垫等软垫，且可以自行更换，方便消毒，使用时用户4的下巴托3在下巴托3上，3D结构光转动模组2安装在转轴5上，且至少包括3D结构光转动模组2至少包括RGB摄像头和结构光摄像头。通过RGB摄像头和结构光摄像头实现人脸模型的建立，具体的原理为现有技术，这里不再对进行赘述。

在本实施例中，3D结构光转动模组2及多个光学反射镜均可以进行高度调节，高度调节的方式可以是常见的人工调节结构或电动调节结构，从而适合各种人脸。

具体地，3D结构光转动模组2位于头部搁置区1前方正中位置，通过转轴5驱动可以自身为轴心进行旋转，转轴5通过常见的步进电机6或伺服电机6驱动，电机6通过常见的电脑设备控制，3D结构光转动模组2也通过电脑设备控制，在电脑设备上生成人脸模型。

具体地，光学反射镜设于3D结构光转动模组2周围，用于反射3D结构光转动模组2发射出的光线，光学反射镜为市面上可购买到的产品，其通过螺丝、胶水等方式安装在外部的固定支架上，在附图中未显示固定支架。

优选地，每个所述光学反射镜的反射率大于等于90%。拥有90%以上的反射率的光学反射镜可给3D结构光转动模组2提供更好的采集图像，显著提升其最终的人脸模型质量。

在本实施例中，还包括遮光罩7和设于遮光罩7内的照明灯8，通过所述遮光罩7遮挡头部搁置区1、3D结构光转动模组2及多个光学反射镜，其中遮光罩7可以是常见的黑布，可直接盖在本装置上，或者是其他不透光材料制成的罩壳，见图1，将本装置做成半封闭结构，只露出供人头部进入的开口，还有用于抵住用户额头的额托13，当所述3D结构光转动模组2拍摄时，所述照明灯8关闭。主要是为了免去照明灯8对拍摄时产生影响。此方案，可有效地免去外部光源的影响，内部开启的照明灯8可根据需求打开。

优选地，光学反射镜的数量为四个，分别对应位于头部搁置区1人脸的-45度、-15度、15度及45度位置，光学反射镜分为第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11及第四反射镜12，以3D结构光转动模组2与头部搁置区1的连接线为0度线，第一反射镜9和第四反射镜12分别位于头部搁置区1的左前方位置和右前方位置，第二反射镜10和第三反射镜11分别位于3D结构光转动模组2的左前方位置和右前方位置；第三反射镜11与第二反射镜10以0度线为中心线镜像设置且互相垂直，第四反射镜12与第一反射镜9以0度线为中心线镜像设置且互相平行。此方案，可快速地对每个反射镜的位置进行定位，方便每个反射镜的安装。按照图3所示，相当于反射镜的安装角度为-90度，-45度，45度及90度，而电机6需要转动的角度依次为-45度，-105度，105度及45度，当电机6转到-45度，3D结构光转动模组2能够朝向并对应第一反射镜9，从第一反射镜9得到-45度人脸数据；

当电机6转到-105度时，3D结构光转动模组2能够朝向并对应第二反射镜10，从第二反射镜10得到-15度人脸数据；

当电机6转到105度时，3D结构光转动模组2能够朝向并对应第三反射镜11，从第三反射镜11得到15度人脸数据；

当电机6转到45度时，3D结构光转动模组2能够朝向并对应第四反射镜12，从第四反射镜12得到45度人脸数据。

因此在使用时，转轴5驱动3D结构光转动模组2依次转向第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12，启动转轴5转动转至-45度位置，依次打开3D结构光转动模组2的RGB光、PL、UV光进行拍照，得到一组图片和对应深度数据信息，再让转轴5转到-105度，105度及45度位置，依次打开RGB光、PL、UV光进行拍照，分别得到不同的3组图片和对应深度数据信息，在拍照时关闭照明灯8。此方案，只需要依次转动转轴5即可，即转轴5顺时针或逆时针转动，最后回到初始位置，每次转动都可通过电机6进行定位，也能够通过控制电机6的启停来停留进行拍摄操作，控制方便，实现难度低。

转轴5通过电机6驱动进行转动角度初定位，通过3D结构光转动模组2的点云中重合的点实现对转轴5的二次定位，也就是过滤掉重合的点位，实现多幅图像的拼接。此方案，通过两次定位，可采集到多幅精确的人脸各角度图像，从而保证能够合成符合质量要求的人脸模型，参见图4，1-4分别代表第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12上采集到的图像，中间为合并渲染后的图像，原图为彩色图像且具有较多面部细节，生成的人脸模型可以用于人脸皮肤的分析，如皱纹深浅、痘的大小等。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了头部搁置区1、3D结构光转动模组2、下巴托3、用户4、转轴5、电机6、遮光罩7、照明灯8、第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、额托13等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，包括头部搁置区、3D结构光转动模组及多个光学反射镜；所述3D结构光转动模组位于头部搁置区前方正中位置，通过转轴驱动可以自身为轴心进行旋转；所述光学反射镜设于3D结构光转动模组周围；所述光学反射镜竖直设置，且分为第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜，分别对应位于头部搁置区人脸的-45度、-15度、15度及45度位置；以3D结构光转动模组中心与头部搁置区中心的连接线为0度线，第一反射镜和第四反射镜分别位于头部搁置区的左前方位置和右前方位置，第二反射镜和第三反射镜分别位于3D结构光转动模组的左前方位置和右前方位置；第三反射镜与第二反射镜以0度线为中心线镜像设置且互相垂直，第四反射镜与第一反射镜以0度线为中心线镜像设置且互相平行；

当该转轴转到-45度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第一反射镜，从第一反射镜得到-45度人脸数据；

当该转轴转到-105度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第二反射镜，从第二反射镜得到-15度人脸数据；

当该转轴转到105度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第三反射镜，从第三反射镜得到15度人脸数据；

当该转轴转到45度时，3D结构光转动模组能够朝向并对应第四反射镜，从第四反射镜得到45度人脸数据。

2.根据权利要求1所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，每个所述光学反射镜的反射率大于等于90%。

3.根据权利要求1所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，所述转轴驱动3D结构光转动模组依次转向第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜。

4.根据权利要求3所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，所述转轴通过电机驱动进行转动角度初定位，通过3D结构光转动模组的点云中重合的点实现对转轴的二次定位。

5.根据权利要求1所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，所述3D结构光转动模组至少包括RGB摄像头和结构光摄像头。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，所述头部搁置区设有下巴托。

7.根据权利要求6所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，还包括遮光罩和设于遮光罩内的照明灯，通过所述遮光罩遮挡头部搁置区、3D结构光转动模组及多个光学反射镜。

8.根据权利要求7所述的一种结合光学反射成像的3D结构光全脸成像装置，其特征在于，当所述3D结构光转动模组拍摄时，所述照明灯关闭。

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