[发明专利]一种基于手机面部识别组件进行三维扫描建模的方法

说明书

技术领域

本发明属于三维扫描技术领域，具体设计一种基于手机面部识别组件进行三维扫描建模的方法。

背景技术

目前使用三维扫描设备进行三维建模的技术均采用独立硬件进行扫描采集，设备采购成本高、使用频率低，且不便于普通用户使用。代表高级三维应用技术的虚拟现实技术、增强现实技术和3D打印技术都需要大量使用三维数据模型，所以低成本的三维扫描建模技术成为了市场的强需求。

为了使普通用户可以便捷地进行三维扫描建模，需要借助用户现有设备进行数据运算，而几乎人手一部的智能手机就是最理想的载体，所以利用手机进行三维扫描建模将成为主流的低成本三维扫描解决方案。而如果使用手机外接设备进行扫描操作，则需要另外购置外接设备，无疑又增加了用户的使用成本，所以免外设的手机三维扫描技术将是主流方向。

现有的手机免外设三维扫描的解决方案是采用手机后置摄像头进行照片拍摄，得到图片序列，通过分析照片纹理、颜色等元素进行后台运算，通过立体视觉法、运动图像序列法、和广度立体学等方法，将每个纹理对象转换成三维的点面数据，从而推算出三维模型。这种方法需要在每张图片中寻找特征点，通过特征点匹配算法寻找各序列照片的对应关系，从而通过对应关系建模。该方法后台运算时间长、占用大量运算资源、稳定性差、无法采集被扫描物体的尺寸数据、且大部分计算出的三维模型均出现变形、破面甚至无法合成等情况，无法将被扫描物体进行完整的数据还原，扫描后的模型无法直接进行3D打印或者虚拟现实技术的应用，失去了三维扫描的意义，无法进入大规模民用领域。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有的手机不能完成三维扫面建模和用照片进行三维扫描所产生的稳定性差、模型变形、破面和无法合成的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于手机面部识别组件进行三维扫描建模的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：通过手机上的点阵投影器向被扫描物体发射预先设定的结构化红外点阵模板，并通过红外镜头接收投射至物体后反射回来的结构化红外点阵模板；

步骤2：通过手机的前置摄像头采集被扫描物体的色彩数据，并标记采集点对应被扫描物体各部分，获得标记数据；

步骤3：计算红外镜头接收的结构化红外点阵模板与预先设定的结构化红外点阵模板之间的差异，得出被扫描物体各部分的深度值；

步骤4：根据步骤3所得的深度值匹配步骤2所得标记数据，然后进行相应处理，重建被扫描物体的三维数据模型；

步骤5：将步骤4所得的三维数据模型对应的标记数据与步骤2所采集的色彩信息相对应，建立纹理贴图，得到被扫描物体的三维数据。

通过调用手机自带的用于面部识别的红外镜头、点阵投影器和前置摄像头等面部识别组件来实现对物体的扫描，将存储器中的结构化红外点阵模版投射到被扫描物体的表面，然后通过红外镜头接收反射回的红外点阵，并计算发射和反射回的结构化红外点阵模版差异得出各部分的深度值，重建被扫描物体的三维数据模型，然后匹配通过手机前置摄像头采集的色彩标记数据进行处理，建立纹理贴图得到被扫描物体的三维数据。大大简化了三维扫描的复杂程度，扫描过后的数据可不用再传输到电脑进行计算而就手机内部组件进行运算，解决了现有的无外设三维扫描技术的稳定性差、模型变形、破面和无法合成的问题，并且通过此方法，三维扫描建模，不再需要任何的外设设备，仅通过一部手机就能完成，使三维扫面建模更简单。

优选地，所述方法的所有步骤的数据采集，均通过调用手机中用于面部识别的相关组件红外镜头、点阵投影器和前置摄像头来完成，将整个三维扫描功能移植到手机上，无需任何的外设设备就能完成三维扫描，实现了随时随地进行三维扫描。

优选地，所述步骤4中对数据的处理方式包括平滑处理、对齐处理和去光照处理，相比现有的无外设三维扫描技术，扫描效果更好，而且不用再进行复杂的立体视觉法、运动图像序列法和广度立体学等复杂的运算，简化了扫描过程的复杂程度。

优选的，所述的所有步骤中的计算均可使用手机内部组件进行离线运算，也可以通过将采集数据和云端计算机进行传输，由云端计算机进行在线运算，即使没有网络也能用手机进行完整的三维扫描，不再依赖任何的外设设备，还可根据实际情况选择不同的运算设备以提升扫描的效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，对比手机照片建模，具有稳定性强、采集数据不易出现变形破面和不易出现无法合成情况等优势；