[发明专利]基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置和鞋楦制造方法

权利要求书

1.一种基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于，包括用于拍摄真人足部在5个不同视角图像的单目多视角立体视觉箱和实现真人足部三维重构和自动生成3D打印文件的计算机；

所述的单目多视角立体视觉箱内设有平面镜矩形状斗型腔，该平面镜矩形状斗型腔由4面梯形镜面组成，镜体上大下小且镜面朝向腔体内侧；平面镜矩形状斗型腔的下部设有为真人足部提供均匀柔照明的光源；单目多视角立体视觉箱内还设有根据镜面的折反射原理得到真人足部多个视角影像的摄像机；

所述的计算机包括：

单目多视角立体视觉标定单元，用于对单目多视角立体视觉箱进行标定；

图像分割、变换及校正单元，用于从各不同特定视角的视图中分割出真人足部边缘形状，并利用标定结果参数对所有视角的真人足部图像进行归一化处理，使5个不同视角图像符合投影关系；

彩色图像增强单元，用于将5个不同视角图像中真人足部的图像亮度均匀化；

真人足部表面形状测量单元，用于真人足部表面形状进行三维测量，得到真人足部表面形状的三维点云数据；

自动生成STL文件单元，用于根据获得的三维点云数据，生成3D打印文件。

2.如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于，所述的单目多视角立体视觉箱内还设有与平面镜矩形状斗型腔的轴心成45°配置的第二反射镜面，以及与摄像机的光轴成45°配置的第一反射镜面；且所述的第一反射镜面与所述的第二反射镜面成90°配置。

3.如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于，所述的光源包括框架，固定在框架上的内圆弧型混光面，以及对照所述内圆弧型混光面均匀排列的矩形白色LED。

4.如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于，所述平面镜矩形状斗型腔的设计原则如下：

首先定义以下几个参数：摄像机的中心点为C，虚拟摄像机的中心点为D，真人足部中心为E，直线DE与镜面的交点为F，直线CD与镜面延长线的交点为G，∠CFE为γ，∠CFG为η，∠GFD为θ，线段CE，即物距的长为h，线段EF的长为l；根据镜面的折反射原理，摄像机到镜面的距离与虚拟摄像机到镜面的距离相等，即直线FG为线段CD的中垂线，因此有η＝θ；当虚拟摄像机位于水平位置拍摄时，有直线DE垂直于直线CE，因此可以得到公式(7)的关系式：

tanγ＝h/l     (7)

利用式(7)与前面得到的η＝θ进而可以求出：

式中，θ即为镜面的敞角；

当摄像机拍摄的物距和真人足部到镜面的距离确定后，根据式(8)来设计平面镜矩形状斗型腔的敞角；平面镜矩形状斗型腔的矩形长边为L＝L_FootMax+ΔL，其中L_FootMax为最大成人足的长度，ΔL设计预留长度；矩形短边设计为W＝W_FootMax+ΔW，其中W_FootMax为最大成人足的宽度，ΔW设计预留宽度。

5.一种基于权利要求1～4任一项所述真人鞋型复制装置的鞋楦制造方法，其特征在于，包括：

1)利用单目多视角立体视觉箱获取真人足部的俯视图、主视图、左视图、后视图和右视图；

2)对单目多视角立体视觉箱进行标定；

3)从各不同特定视角的视图中分割出真人足部边缘形状，并利用标定结果参数对所有视角的真人足部图像进行归一化处理，使5个不同视角图像符合投影关系；

4)对主视图、左视图、后视图和右视图中的图像进行增强预处理，使主视图、左视图、后视图和右视图中的图像的色彩与俯视图的色彩一致；

5)根据真人足部的表面各物点在各视图中的坐标信息，获得真人足部表面各物点的点云数据，并生成3D打印文件。

6.如权利要求5所述的鞋楦制造方法，其特征在于，在步骤2)中，单目多视角立体视觉箱使用平面镜反射光线，拍摄的一幅多视点投影图像上包含标定板的多个影像；由平面镜反射原理可知，标定板影像等价于同一标定板在不同位置上分别投影到摄像机投影平面上所获得的多幅标定板图像；使用一幅标定板的多视点投影图像标定相机内部参数，等价于使用多幅标定板图像的标定操作，图像中包含标定板的5幅独立影像，获得高精度的标定结果。