CN209091356U - 一种人体三维扫描系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体三维扫描系统，包括：至少三个沿竖向分布的深度摄像头，该深度摄像头用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；与所述深度摄像头交互式连接的主机，该主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；供被测人体站立的转台，该转台通过电机驱动；所述转台旋转一周的过程中深度摄像头采集深度图像。本实用新型通过在中控立柱上设置三个竖向分布的深度相机，实时采集被测人体的深度图像，具体地，三个深度相机安装在中控立柱的上、中、下三个位置，进行垂直扫描；转台通过处理器向电机驱动模块发送控制指令，以实现转台的旋转，从而达到对人体的360°全扫描。

Description

一种人体三维扫描系统

技术领域

本实用新型属于人体三维扫描领域，具体涉及一种人体三维扫描系统。

背景技术

目前，以三维重建为基础的人体参数测量技术，是利用激光扫描、红外扫描等方式获取人体的三维模型，再根据三维模型进行人体参数的计算。

中国实用新型专利ZL201420699444.4公开了一种光学医用人体体形测量仪，包括底盘、立柱、驱动电机、直线导轨、滑块、环形测量机构、光学传感器、显示器、主控制板，通过环形测量机构的光学传感器对身体表面进行连续测量，获得被测量者的三维身体轮廓信息。通过模式识别等智能算法从被测量者三维身体轮廓信息中提取新三维值(颈围、腰围和腰臀比)和身高、胸围等其他体形信息，仅通过光学传感器进行测量，数据测量维度有限，通过环形测量机构的运动进行测量，速度慢且效率低。

中国实用新型专利ZL201520567137.5公开了一种基于超声波测人体身高的交互式3D扫描系统，：包括服务器、手持终端、PC机、MCU芯片、称重传感器、超声波测距模块、转盘模块及摄像头模块,通过超声波测距模块进行人体身高的测量并通过摄像头扫描人体后获得人体的三维图像，超声波测距模块通过感应人的距离测算人体的身高并控制摄像头的运动范围，虽然人体身体的参数维度较全面，但是受外界环境影响，例如站姿，头发等，超声波测距模块采集数据精度会受影响，进而影响摄像头的运动范围，导致最终数据不准确，三维图像不完整。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的人体三维扫描系统测量数据维度有限，数据测量准确度低的问题，本实用新型提供了一种人体三维扫描系统。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种人体三维扫描系统，包括：

至少三个沿竖向分布的深度摄像头，该深度摄像头用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；

与所述深度摄像头交互式连接的主机，用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；

供被测人体站立的转台，该转台通过电机驱动；所述转台旋转一周的过程中深度摄像头采集深度图像。

上述的一种人体三维扫描系统，所述转台上设有称重模块，该称重模块用于测量位于转台上被测人体的体重信息，所述称重模块的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器与主机交互式连接。

上述的一种人体三维扫描系统，所述处理器还向主机发送称重模块反馈的体重信息，所述主机还可以在接收到体重信息后，向深度摄像头下达拍照指令。

上述的一种人体三维扫描系统，所述处理器还用于接收称重模块发送的体重信息，并向电机驱动模块发送控制指令，该电机驱动模块用于控制电机的工作状态。

上述的一种人体三维扫描系统，还包括用于测量人体的电阻值的电极片，该电极片的输出端与处理器的输入端连接。

上述的一种人体三维扫描系统，所述电极片包括设置在转台上的脚踩电极片、设置在手柄上的手握电极片，所述手柄的底端与转台固定连接，该手柄供站立在转台上的被测人体抓握。

上述的一种人体三维扫描系统，还包括急停开关，该急停开关与电机驱动模块、处理器的输出端连接。

上述的一种人体三维扫描系统，还包括与处理器输入端连接的启动按钮，该启动按钮向所述处理器发送控制指令，处理器接收控制指令后，向主机和电机驱动模块发送控制指令，使得主机向深度摄像头下达拍照指令，电机驱动模块控制电机处于工作状态。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在中控立柱上设置三个竖向分布的深度相机，实时采集被测人体的深度图像，具体地，三个深度相机安装在中控立柱的上、中、下三个位置，进行垂直扫描；转台通过处理器向电机驱动模块发送控制指令，以实现转台的旋转，从而达到对人体的360°全扫描。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是人体三维扫描系统的结构框图。

图2是电机驱动模块的电路示意图。

图3是多摄像头固定立柱的结构示意图。

图中，11.第一长方体；12.第二长方体；13.深度摄像头。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

我公司于2017年6月27日申请的一种人体三维扫描系统(该申请的申请号为2017207595943)，公开了一种人体三维扫描系统，包括PC机、处理器、体重体脂测量模块、称重传感器、转台、导轨、转台导轨驱动装置、3D摄像头、用于测量人体电阻的电极式电阻测量模块、导轨滑块位置检测传感器以及转台位置检测传感器，PC机通过USB模块与3D摄像头交互式连接，3D摄像头通过滑块与导轨滑动连接且沿导轨上下滑动；导轨滑块位置检测传感器设置在导轨的上端部和/或下端部；转台位置检测传感器、体重体脂测量模块、称重传感器和电极式电阻测量模块均设置在转台上；处理器与PC机、以及体重体脂测量模块交互式连接；体重体脂测量模块的输入端与称重传感器的输出端、以及电极式电阻测量模块的输出端相连；处理器的输入端与导轨滑块位置检测传感器的输出端、以及转台位置检测传感器的输出端相连；处理器的输出端与转台导轨驱动装置的输入端相连，转台导轨驱动装置的输出端与转台、以及导轨相连。

申请号为2017207595943的申请文件，是通过3D摄像头配合导轨和转台对人体进行全面覆盖扫描，通过PC机生成人体三维模型并基于该三维模型进行人体身高的测量，降低了外界因素对测量数据的影响，且速度快，效率高。该申请通过轨道滑块位置检测传感器将3D摄像头的位置信息并反馈至处理器以限制滑块的运动范围，使3D摄像头在安全范围内对人体进行全面扫描，且通过步进电机精准控制3D摄像头的运动。

转台位置检测传感器反馈当前转台的运动情况和转台转动角度，使转台能够平稳的转动一周，配合3D摄像头完成全面扫描，保持人体3D模型数据的完整性。

在后续的研发过程中，我们发现：3D摄像头通过电机驱动沿导轨上下运动，对站在转台上的人体进行扫描的方式中，存在以下缺陷：1.上下跑动的导轨摄像头因为有电机拖动，在对人体进行扫描时不可避免的会出现噪声，对用户的感官体验造成影响；2.摄像头沿导轨运动，致使人体3D模型建立时间较长；3.由于转台电机、滑块电机启动时间以及运行速度等不同，使得3D摄像头拍照位置不固定，当滑块带动3D摄像头在立柱的上中下三个位置拍照时，每次拍照的位置会稍有偏差，因而需要算法进行处理、拟合，这样就导致模型合成的稳定性稍有限制。

基于此，本实施例提出了一种改进后的人体三维扫描系统，改进后的人体三维扫描系统包括：

至少三个沿竖向分布的深度摄像头，该深度摄像头用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；

与深度摄像头交互式连接的主机，该主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；

供被测人体站立的转台，该转台通过电机驱动；转台旋转一周的过程中深度摄像头采集深度图像；

转台上设有称重模块，该称重模块用于测量位于转台上被测人体的体重信息，称重模块的输出端与处理器的输入端连接，处理器与主机交互式连接，处理器还向主机发送称重模块反馈的体重信息，主机接收到体重信息后，向深度摄像头下达拍照指令。

需指出，改进后的人体三维扫描系统将多个竖向分布的深度摄像头直接固定在中控立柱上，用户站立在转台上后，可以通过以下两种方式启动深度摄像头：1.按下把手处的启动按钮，启动按钮给处理器启动信号，处理器再把启动信号发送至主机，主机控制多个深度摄像头拍照，处理器控制转台电机工作，转台转动；2.当用户站立在转台上的瞬间，嵌入转台内的称重模块向处理器发送体重信息，处理器接收体重信息后给主机一个控制信号，主机控制多个深度摄像头拍照，与此同时，处理器控制转台电机工作，转台转动。即：在实际控制时，可以是：处理器接收称重模块发送的体重信息后，还向电机驱动模块发送控制指令，该电机驱动模块用于控制电机的工作状态；也可以是：与处理器输入端连接一启动按钮，该启动按钮向处理器发送控制指令，处理器接收控制指令后，向主机和电机驱动模块发送控制指令，使得主机向深度摄像头下达拍照指令，电机驱动模块控制电机处于工作状态；当主机为手持终端时，用户也可以通过手持终端上的测量按钮向人体三维扫描系统下达体重、体脂测量指令以及拍照指令，手持终端接收到指令后，控制深度摄像头和彩色摄像头工作，同时，手持终端将指令输送至处理器，处理器控制电极片、体重测量模块工作。

下面详细描述本实施例的深度摄像头：深度摄像头将先进的深度感知能力带入原型开发。该深度摄像头集成了：新的英特尔实感视觉处理器D4：处理复杂的深度算法；立体图像传感器：捕获图像并计算图像间的差异；红外信号发射器：照明物体并收集深度数据；RGB传感器：收集颜色数据。

深度摄像头均搭载新的英特尔实感视觉处理器和模块，以即刻可用的外形规格为原型提供计算机视觉。

本实施例的深度摄像头优选深度摄像头D435，英特尔实感的深度摄像头D435配备全局图像快门和宽视野，能够有效地捕获和串流移动物体的深度数据，从而为移动原型提供高度准确的深度感知。

深度摄像头D435具有以下优点：

1.功能强大的视觉处理器，该处理器使用28纳米(nm)制程技术并支持达5个MIPI摄像头串行接口2通道，以计算实时深度图像并加速输出，从而生成高达每秒90帧(fps)的深度视频流。这比第一代立体深度摄像头的30fps要高出60fps。

2.一组高分辨率图像传感器，其在深度数据流中提供高达5倍的像素数。这可产生达1280x720的分辨率，而第一代立体深度摄像头的分辨率为480x360。

3.专用的颜色图像信号处理器用于图像校正及颜色数据缩放，从而大大提高图像质量。高级立体深度算法和新设计，以实现更准确的深度感知及更远的范围。通过校准，立体深度感知的误差率低至1％。在最适环境中，这些摄像头在室内和室外环境中均可捕获相距达10米的数据。

4.支持新的跨平台开源英特尔实感SDK2.0，包括多种操作系统(Windows10、Linux*或Ubuntu16.04*)、第三方插件和环境及编程语言。

重点需要说明，本实施例的主机还与彩色相机交互式连接，彩色相机可以实时采集被测人体的彩色信息，主机接收、处理彩色信息，并在人体3D模型中体现彩色信息。

本实施例的人体三维扫描系统还具有测量体脂的功能，具体是通过电极片产生微弱的信号测量人体电阻，在处理器中将人体电阻转化成体脂信息。电极片的输出端与处理器的输入端连接，电极片包括设置在转台上的多个脚踩电极片、设置在手柄上的多个手握电极片，手柄的底端与转台固定连接，该手柄供站立在转台上的被测人体抓握。

本实施例的深度摄像头可以是三个、四个甚至更多，深度摄像头的数量越多，主机生成的人体3D模型更精准。考虑到生产成本，优选深度摄像头为三个，三个深度相机头安装在主控立柱的上、中、下三个位置，深度相机头对人体进行垂直扫描；转盘部分通过处理器的控制进行旋转，以达到对人体的360°全扫描。

需指出，本实施例的主机给摄像头下达拍照命令，深度摄像头拍完1张就自动停止了，不会触发第二次拍照；转台上设有0位置传感器，处理器给电机控制模块下达转台转动指令，转台电机工作，当转台转完一圈后，转台触发到0位置传感器，0位置传感器向处理器发送信息，处理器控制电机停止工作。

下面给出人体三维扫描系统的一实际使用过程：

1.准备测量：被测者站在转台上，称重模块检测到体重发生变化(从0变化为被测者的体重)，称重模块上送消息到处理器，处理器上送消息到主机，主机通过喇叭向被测者播放注意事项；

2.触发测量：被测者站在转台上，保持静止；手动操作手持终端触发测量按钮(或者手动操作手柄上的启动按钮)，人体三维扫描系统开始测量：主机通过处理器下发开始测量体重、体脂的指令，称重传感器、电极片接收到指令之后，触发体重测量，并触发1kHz、5kHz、50kHz、250kHz、500kHz，1000kHz情况下，左上肢、右上肢、躯干、左下肢、右下肢人体电阻的测量；获取到体重以及六种频率下的五段人体阻抗，上传31组数据到主机；同时转台电机开始工作，转台转动，主机同步打开3个深度摄像头进行数据采集，并同时打开彩色摄像头进行数据采集。深度摄像头被启动后，实时传输深度图像到主机；主机对每一帧进行识别处理，模型合成，输出最终的被测者3D模型；彩色摄像头连续采集被测者面部以及身体其他部位图像。

0位置传感器位于转台上，0位置传感器可采用光电传感器、光电编码器和金属接近开关等，0位置传感器将转台的当前运动情况和转动角度发送至处理器，处理器接收转台位置信息后经过处理，控制电机驱动模块，电机驱动模块驱动转台电机的工作状态，电机驱动模块的电路图如图2所示，输入信号由Port引入，Port1脚是电机方向信号输入端，Port2脚是PWM信号输入端，Port3脚是接地线，电源为12VDC。

本实施例的处理器采用Atmega2560处理器或者stm32处理器，称重模块使用G形或E形应力片。称重模块设置一个或多个，本实施例中优选为四个或八个，四个称重模块构成正方形，四个称重模块分别设置在四个点位，均分被测用户的重量，提高了重量测量数据的准确度。八个称重传感器排布构成八边形，能够从八个方向检测、多方向平衡被测用户的重量。

如被测用户身体状态不适或发生紧急情况，可以触动手柄上的急停开关，转台停止运动，防止发生安全事故。

本实施例通过在中控立柱上设置三个竖向分布的深度相机，实时采集被测人体的深度图像，具体地，三个深度相机安装在中控立柱的上、中、下三个位置，进行垂直扫描；转台通过处理器向电机驱动模块发送控制指令，以实现转台的旋转，从而达到对人体的360°全扫描。

实施例2：

本实施例公开了一种三维人体扫描装置，包括实施例1的三维人体扫描系统，如图3所示，包括：立柱本体、多个呈竖向排列的深度摄像头13，深度摄像头13包括摄像头本体和与摄像头本体连接的线缆，立柱本体上设有多个供摄像头本体放置的凹槽，每个凹槽的底壁上均设有穿线孔，摄像头本体固定在凹槽内，线缆贯穿穿线孔。作为优选，本实施例的深度摄像头13为三个，三个深度摄像头13既能扫描完整转台上人体的信息，还能最大限度的降低生产成本。

本实施例的立柱本体包括细长状的第一长方体、短粗状的第二长方体，第一长方体拼接在第二长方体12的上方，第一长方体11上固设有多个深度摄像头13，第二长方体12的内腔放置一主机，线缆穿过第二长方体12的背板并与主机连接。第二长方体12的内腔还设有处理器，处理器与主机交互式连接。

由于本实施例的深度摄像头13是扫描转台上人体的信息，因此，转台与立柱之间还需要设置连接板。具体地，该连接板优选：从立柱本体的底面上向深度摄像头13正前方延伸，直至与转台接触。由于转台上的称重模块、电极片需要与处理器进行数据交互，因此，连接板的底面设有向下开口的过线槽，过线槽用于容纳多根电线。

本实施例省去了运动滑轨、供深度摄像头13上下运动的滑块、驱动滑块运动的皮带机构和电机、以及对深度摄像头13的线缆起防护作用的拖链，将多个深度摄像头13直接固定在立柱上。本实施例不仅杜绝了滑块上下运动时发出的噪声，提高了用户体验感，而且在硬件电路部分省略了驱动电机运动部分的硬件电路，更重要的是大大降低了整个立柱的重量，让运输和设备拆装过程中会更加便捷。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种人体三维扫描系统，其特征在于，包括：

至少三个沿竖向分布的深度摄像头，该深度摄像头用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；

与所述深度摄像头交互式连接的主机，该主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；

供被测人体站立的转台，该转台通过电机驱动；所述转台旋转一周的过程中深度摄像头采集深度图像。

2.如权利要求1所述的人体三维扫描系统，其特征在于，所述转台上设有称重模块，该称重模块用于测量位于转台上被测人体的体重信息，所述称重模块的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器与主机交互式连接。

3.如权利要求2所述的人体三维扫描系统，其特征在于，所述处理器还向主机发送称重模块反馈的体重信息。

4.如权利要求2或3所述的人体三维扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于接收称重模块发送的体重信息，并向电机驱动模块发送控制指令，该电机驱动模块用于控制电机的工作状态。

5.如权利要求1所述的人体三维扫描系统，其特征在于，还包括用于测量人体的电阻值的电极片，该电极片的输出端与处理器的输入端连接。

6.如权利要求5所述的人体三维扫描系统，其特征在于，所述电极片包括设置在转台上的脚踩电极片、设置在手柄上的手握电极片，所述手柄的底端与转台固定连接，该手柄供站立在转台上的被测人体抓握。

7.如权利要求4所述的人体三维扫描系统，其特征在于，还包括急停开关，该急停开关与电机驱动模块、处理器的输出端连接。

8.如权利要求2或3所述的人体三维扫描系统，其特征在于，还包括与处理器输入端连接的启动按钮，该启动按钮向所述处理器发送控制指令，处理器接收控制指令后，向主机和电机驱动模块发送控制指令，使得主机向深度摄像头下达拍照指令，电机驱动模块控制电机处于工作状态。