CN104783801A - 人体高速扫描仪及三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人体扫描技术领域，提供了人体高速扫描仪及三维建模方法，包括：底板、框架、立柱、扶手、LED灯和体感相机；底板，上面具有脚模，用于放置足部；框架，安装在底板上；扶手，安装在底板上，与框架相连接；立柱，为2根或2根以上，安装在框架上；体感相机，为多个，分别位于每根立柱上，与外接的计算机相连接；LED灯，为多个，分别位于每个体感相机的周围。多个体感相机对人体进行拍照，拍摄得到的深度图根据体感相机内部参数自动转换为三维点云；外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云进行拼接，得到人体的三维建模。本发明能够测量人体形态、曲线特征，具有测量速度快、误差小、工作量少，无需传感器、结构简单的优点。

Description

人体高速扫描仪及三维建模方法

技术领域

本发明涉及人体扫描技术领域，特别涉及人体高速扫描仪及三维建模方法。

背景技术

从技术发展来看，人体测量技术可以分为传统的人体测量技术和三维人体测量技术。

传统测量技术以软尺、人体测高仪、角度计、测距计、可变式人体截面测量仪等为主要工具，可以直接测量出人体各部位的体表长度和横截面形状，使用工具简单，操作方便，因此在服装业中长期被采用。但由于这些方法都是接触式的测量，往往会使被测者感到窘迫或疲劳，或因测量者技术不够熟练造成测量误差。由于人体具有复杂形状，无法进行更深入的研究。尽管传统的测量方法目前仍广泛使用，但其不足之处已显而易见，无法测量人体形态、曲线特征，测量速度慢，工作量大，误差大。

随着计算、互联网、多媒体、虚拟现实和快速原型制造等技术快速的发展，产品的高精度，高效率，必将给每个行业的发展，带来强大的生命力和蓬勃的市场生机。

因此，人体扫描技术领域急需一种能够测量人体形态、曲线特征、测量速度快、误差小、工作量少，无需传感器、结构简单的人体高速扫描仪及三维建模方法。

发明内容

本发明提供了人体高速扫描仪及三维建模方法，技术方案如下：

人体高速扫描仪，包括：底板、框架、立柱、扶手、LED灯和体感相机；

底板，上面具有脚模，用于放置足部；

框架，安装在底板上；

扶手，安装在底板上，与框架相连接；

立柱，为2根或2根以上，安装在框架上；

体感相机，为多个，分别位于每根立柱上，与外接的计算机相连接；

LED灯，为多个，分别位于每个体感相机的周围。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，扶手为2个，弧形结构，对称的分布在底板上。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，体感相机为PrimeSense或/和Kinect体感相机。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，每根立柱上的体感相机数量为1-5个。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，每根立柱上的体感相机都位于立柱的中心线上，等间距地纵向排列。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，立柱为3根或4根，每根立柱上的体感相机数量为3或4个。

优选的，在上述人体高速扫描仪中，扶手为不锈钢扶手。

人体高速扫描仪的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤一，要求被扫描的人站在底板的脚模位置，双手握住扶手，打开所有LED灯和体感相机；

步骤二，多个体感相机同时对人体进行拍照，拍摄得到的深度图根据体感相机内部参数自动转换为三维点云；

步骤三，体感相机将三维点云传递给外接计算机，外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云，通过预先标定的空间关系进行拼接，得到人体的三维建模。

优选的，在上述人体高速扫描仪的三维建模方法中，步骤二中的深度图转换成三维点云的具体步骤为：

首先，体感相机采集到深度图，并计算出深度图中人体某一点到相机的距离为Z，即                                                ；

然后，根据Z计算出横向坐标X和纵向坐标Y，进而求得三维点云（X，Y，Z）；

   ；

其中，是图像的坐标，是当前点的深度值，X，Y，Z是三维点云的坐标，是光心的坐标，是光心的坐标。

优选的，在上述人体高速扫描仪的三维建模方法中，步骤三中外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云，通过预先标定的空间关系进行拼接，得到人体的三维建模的具体步骤为：

首先，根据公式 在预先设定的空间内计算出将每一个三维点云的及建模后坐标，其中， ， 是三维建模后的坐标，X，Y，Z是三维点云的坐标，R是旋转矩阵，T是平移矩阵；

进一步地，将每一个三维建模后的坐标进行空间拼接，即可达到三维人体模型。

本发明的有益效果是：

1、人体站立于底板的脚模处，使其位于最佳的扫描位置，实现全身扫描，进一步地双手握住扶手，对人体起到支撑，防止人体晃动，阻碍体感相机的聚焦，实现静止扫描，提高扫描效率。

2、本发明是实现了三维人体扫描，三维人体测量与传统的人体测量技术相比具有准确、高速和误差小、一致性高的优点，对于传统方法无法测量的人体形态、曲线特征等也可以进行准确的测量，测量时只需简单操作，不需要传统测量方法的专业知识。进一步地，测量结果可以通过计算机直接输送到纸样设计和自动裁剪系统，实现人体测量、纸样设计和排料裁剪的连续自动化，节约了时间、金钱，还减少了误差。

3、本发明通过体感相机对人体进行拍摄，提取人体三维坐标值，无需额外增加传感器，设备更加简单，无需计算相机和传感器的夹角和安装位置，安装更加容易，可操作性更强。

4、本发明在体感相机周围设置LED灯，能够实现对人体的整体照亮功能，避免阴影的存在，使其拍摄出来的照片质量更高，数据更容易识别，提高准确度。

5、本发明中扶手设计成弧形结构，是根据人体工程学原理设置的，便于手部握持，更加省力，支撑效果更好。

6、扶手为不锈钢扶手，能够有效的防止设备老化，延长使用寿命，降低报废速率，进而降低成本。

7、体感相机提取的三维数据传给外接计算机后，外接计算机对现有的数据进行转化，得到建模后的三维数据，进而实现人体三维建模，更加形象、直观。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1是本发明人体高速扫描仪每根立柱上含有3个体感相机的结构示意图。

图2是本发明人体高速扫描仪每根立柱上含有4个体感相机的结构示意图。

其中，图1-2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

底板1，脚模11，框架2，立柱3，扶手4，LED灯5，体感相机6。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种人体高速扫描仪及三维建模方法，解决了无法测量人体形态、曲线特征，测量速度慢，工作量大，误差大的问题。

为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1是本发明人体高速扫描仪每根立柱上含有3个体感相机的结构示意图。

图2是本发明人体高速扫描仪每根立柱上含有4个体感相机的结构示意图。

如图1、2所示，本发明提供了人体高速扫描仪及三维建模方法，包括：底板1、框架2、立柱3、扶手4、LED灯5和体感相机6；底板1，上面具有脚模11，用于放置足部；框架2，安装在底板1上；扶手4，安装在底板1上，与框架2相连接；立柱3，为2根或2根以上，安装在框架2上；体感相机6，为多个，分别位于每根立柱3上，与外接的计算机相连接；LED灯5，为多个，分别位于每个体感相机6的周围。

本实施例中扶手4为2个，弧形结构，对称的分布在底板1上，优选的，本实施例中扶手为不锈钢扶手。

本实施例中体感相机6为PrimeSense或/和Kinect体感相机。

如图1、2所示，本实施例中每根立柱3上的体感相机6数量为1-5个；优选的，本实施例中立柱3为3根或4根，每根立柱3上的体感相机6数量为3或4个。

优选的，每根立柱3上的体感相机6都位于立柱3的中心线上，等间距地纵向排列。能够保证对人体进行均匀的扫描，保证全身都能够拍摄到，无遗漏拍摄点，拍摄的深度图更加精确、完整。

人体高速扫描仪的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤一，要求被扫描的人站在底板的脚模位置，双手握住扶手，打开所有LED灯和体感相机；

步骤二，多个体感相机同时对人体进行拍照，并将拍摄得到的深度图，根据体感相机内部参数自动转换为三维点云，具体步骤为：

首先，体感相机采集到深度图，并计算出深度图中人体某一点到相机的距离为Z，即 ；

然后，根据Z计算出横向坐标X和纵向坐标Y，进而求得三维点云（X，Y，Z）；

   ；

其中，是图像的坐标，是当前点的深度值，X，Y，Z是三维点云的坐标，是光心的坐标，是光心的坐标；

步骤三，体感相机将三维点云传递给外接计算机，外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云，通过预先标定的空间关系进行拼接，得到人体的三维建模，具体步骤为：

首先，根据公式 在预先设定的空间内计算出将每一个三维点云的及建模后坐标，其中， ， 是三维建模后的坐标，X，Y，Z是三维点云的坐标，R是旋转矩阵，T是平移矩阵；

进一步地，将每一个三维建模后的坐标进行空间拼接，即可达到三维人体模型。

应当理解，方位词都是结合操作者的日常操作习惯以及说明书附图而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。

本发明中人体站立于底板的脚模处，使其位于最佳的扫描位置，实现全身扫描，进一步地双手握住扶手，对人体起到支撑，防止人体晃动，阻碍体感相机的聚焦，实现静止扫描，提高扫描效率。

本发明是实现了三维人体扫描，三维人体测量与传统的人体测量技术相比具有准确、高速和误差小、一致性高的优点，对于传统方法无法测量的人体形态、曲线特征等也可以进行准确的测量，测量时只需简单操作，不需要传统测量方法的专业知识。进一步地，测量结果可以通过计算机直接输送到纸样设计和自动裁剪系统，实现人体测量、纸样设计和排料裁剪的连续自动化，节约了时间、金钱，还减少了误差。

本发明通过体感相机对人体进行拍摄，提取人体三维坐标值，无需额外增加传感器，设备更加简单，无需计算相机和传感器的夹角和安装位置，安装更加容易，可操作性更强。

本发明在体感相机周围设置LED灯，能够实现对人体的整体照亮功能，避免阴影的存在，使其拍摄出来的照片质量更高，数据更容易识别，提高准确度。

本发明中扶手设计成弧形结构，是根据人体工程学原理设置的，便于手部握持，更加省力，支撑效果更好。

本发明的扶手为不锈钢扶手，能够有效的防止设备老化，延长使用寿命，降低报废速率，进而降低成本。

本发明中体感相机提取的三维数据传给外接计算机后，外接计算机对现有的数据进行转化，得到建模后的三维数据，进而实现人体三维建模，更加形象、直观。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.人体高速扫描仪，其特征在于，包括：底板、框架、立柱、扶手、LED灯和体感相机；

所述底板，上面具有脚模，用于放置足部；

所述框架，安装在所述底板上；

所述扶手，安装在所述底板上，与所述框架相连接；

所述立柱，为2根或2根以上，安装在所述框架上；

所述体感相机，为多个，分别位于每根所述立柱上，与外接的计算机相连接；

所述LED灯，为多个，分别位于每个所述体感相机的周围。

2.根据权利要求1所述的人体高速扫描仪，其特征在于，所述扶手为2个，弧形结构，对称的分布在所述底板上。

3.根据权利要求1所述的人体高速扫描仪，其特征在于，所述体感相机为PrimeSense或/和Kinect体感相机。

4.根据权利要求1所述的人体高速扫描仪，其特征在于，每根所述立柱上的体感相机数量为1-5个。

5.根据权利要求1所述的人体高速扫描仪，其特征在于，每根所述立柱上的体感相机都位于立柱的中心线上，等间距地纵向排列。

6.根据权利要求4所述的人体高速扫描仪，其特征在于，所述立柱为3根或4根，每根所述立柱上的体感相机数量为3或4个。

7.根据权利要求1所述的人体高速扫描仪，其特征在于，所述扶手为不锈钢扶手。

8.人体高速扫描仪的三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，要求被扫描的人站在底板的脚模位置，双手握住扶手，打开所有LED灯和体感相机；

步骤二，多个体感相机同时对人体进行拍照，拍摄得到的深度图根据体感相机内部参数自动转换为三维点云；

步骤三，体感相机将三维点云传递给外接计算机，外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云，通过预先标定的空间关系进行拼接，得到人体的三维建模。

9.根据权利要求8所述的人体高速扫描仪的三维建模方法，其特征在于，所述步骤二中的深度图转换成三维点云的具体步骤为：

首先，体感相机采集到深度图，并计算出深度图中人体某一点到相机的距离为Z，即                                                ；

然后，根据Z计算出横向坐标X和纵向坐标Y，进而求得三维点云（X，Y，Z）；

   ；

其中，是图像的坐标，是当前点的深度值，X，Y，Z是三维点云的坐标，是光心的坐标，是光心的坐标。

10.根据权利要求8所述的人体高速扫描仪的三维建模方法，其特征在于，所述步骤三中外接计算机根据每个体感相机测得的三维点云，通过预先标定的空间关系进行拼接，得到人体的三维建模的具体步骤为：

首先，根据公式 在预先设定的空间内计算出将每一个三维点云的及建模后坐标，其中， ， 是三维建模后的坐标，X，Y，Z是三维点云的坐标，R是旋转矩阵，T是平移矩阵；

进一步地，将每一个三维建模后的坐标进行空间拼接，即可达到三维人体模型。