[发明专利]一种基于光编码技术的人体三维数据采集系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及非接触式三维数据测量领域，具体涉及人体三维数据中的光编码技术采集人体三维数据形成3D模型领域。

背景技术

非接触式三维数据测量技术的研究在世界范围已成为一个热门的研究领域，主要采用激光，红外线，光栅等技术。目前已经研制出具有一定功能的三维数据扫描装置，但都是价格不菲。国外发达国家在20世纪70年代就开始推行三维数据自动测量的研究，提出了许多新的测量原理和方法，推出了一系列非接触式三维人体扫描装置，在精度、扫描速度等方面都达到了很高的水平。但是它们普遍存在体积庞大，安装复杂，造价昂贵等问题。国内在非接触式三维测量方面研究也有很长时间，但是普遍存在结构复杂、操作复杂、成本较高、测量缓慢、精度低等缺点。

三维人体扫描在医疗机构进行医学研究、服装行业进行服装设计制造、3D打印、全球人体数据采集、以及影视作品中进行虚拟和现实人物的图像合成方面均具有重要的现实意义。在医学方面包括人体假肢的定制。在3D打印行业，三维扫描仪采集数据的好坏是决定打印模型好坏的一个非常重要的前提条件。

光编码技术不同于传统的TOF(TIME OF FLIGHT)或者结构光测量技术，光编码使用的是连续的照明(而非脉冲)，不需要特制的感光芯片，只需要普通的COMS感光芯片，这让扫描仪的成本大大降低。光编码技术，就是用光源照明给需要测量的空间上编码，实际上还是一种结构光技术。但与传统的结构光方法不同的是，它的光源打出去并不是一副周期性变化的二维码图像编码，而是一个具有三维纵深的“体编码”。这种光源叫做雷射散斑(Laser speckle)，是当红外线照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后形成的随机衍射斑点。这些散斑具有高度随机性，而且会随着距离的不同变换图案。也就是说空间任意两处的散斑图案都是不同的。只要在空间上打上这样的结构光，整个空间就都被做了标记，把一个物体放进这个空间只要看看物体上面的散斑图案，就可以知道这个物体在什么位置了。当然，在这之前要把整个空间的散斑都记录下来，所以要先做一次光源的标定。标定的方法是这样的：每隔一段距离，取一个参考平面，把参考平面上的散斑图案记录下来。假设用户活动空间是距离扫描仪的1到4米的距离，每隔10cm取一个参考平面，那么标定下来就已经保存了30幅散斑图像。需要进行测量的时候，拍摄一幅待测场景的散斑图像，将这幅图像和我们保存的30幅参考图像依次做相关运算，这样我们就会得到30幅相关度图像，而空间中有物体存在的位置，在相关度图像上就会显示出峰值。把这些峰值一层层叠在一起，再经过一些插值，就会得到整个场景的三维形状。

专利申请号为201310140934.0，专利名称为多机位快速人体三维扫描系统。多机组合快速人体三维扫描系统，是专业的人体扫描设备，可以快速有效的获得人体三维数据。该设备由多台单目结构光扫描仪组成，并配合连续扫描切换控制技术，使人体扫描系统获得三维人体数据的工作在6秒内完成。多机组合人体三维扫描仪的实际扫描高度为2100MM。组合类型可根据实际需求灵活组合，一般有八机全身组合、六机全身组合、四机全身组合、四机半身组合、三机半身组合和双机半身组合。

但上述现有技术存在的问题：数据采集量大、标定过程繁琐、仅能获得全身轮廓、扫描精度差。无法获得高精度的人物面部五官、头部轮廓、头发细节等人体特征三维模型，对得到的模型需要进行后续处理。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光编码技术的人体三维数据采集系统及其方法，其采用的技术方案如下：

一种基于光编码技术的人体三维数据采集系统，包括供人体站立的可匀速旋转的转盘，转盘四周放置支架，全身扫描仪、半身扫描仪、面部五官扫描仪，分别安放在三个支架上，三个扫描仪尾端的数据线接入计算机，三个支架可根据扫描对像的不同来调节其摆放位置，扫描仪为针对人体各部分扫描而使用的各具其优点的不同类型扫描仪，计算机内含用于模型采集、融合、修复与增强的配套软件工具，选取适合的软件工具对不同类型的扫描仪所扫描的三维模型进行组合得其最优3D模型。对于不同类型的扫描仪而言，各有其优点，发挥各个扫描仪的优点可以获得人体不同部位的特征三维模型。通过软件对各个扫描仪所扫描的图像进行组合得到3D模型，解决了不同扫描仪扫描全身所造成的数据采集量大的缺点，使得人体扫描时间及数据处理时间大为减少。

上述的系统，转盘可通过遥控进行转动，这个部分的设置使得操作更便捷。

上述的系统，软件工具可以为skanect1.5与geomagic studio12。