專利名稱:使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu)：背景紙張，為一帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張；平面標(biāo)定物；帶有攝像頭的移動(dòng)終端，用以對(duì)待測(cè)足部及背景紙張和平面標(biāo)定物進(jìn)行照片拍攝；智能服務(wù)器，其內(nèi)設(shè)有足部重建模塊。該系統(tǒng)不需要用戶必須穿上具有很多紋理的襪子，也無需用戶具備計(jì)算機(jī)視覺的基本知識(shí)，降低了用戶的使用門檻，為推廣使用該技術(shù)的產(chǎn)品掃除了一個(gè)最大障礙，具有極大的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景。
【專利說明】
使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及人體尺寸數(shù)據(jù)測(cè)量領(lǐng)域，特別是指一種使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]專業(yè)的足部三維重建系統(tǒng)通常采用的是結(jié)構(gòu)光或激光的主動(dòng)式測(cè)量方法:這樣的系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射裝置發(fā)出結(jié)構(gòu)光或激光照射到人腳上，一個(gè)接收裝置測(cè)量反射回來的結(jié)構(gòu)光或激光，然后系統(tǒng)根據(jù)發(fā)射回來的光線特征計(jì)算出腳上各點(diǎn)的深度，最后通過配準(zhǔn)算法融合各個(gè)角度的深度圖像完成足部的三維重建。目前市場(chǎng)上常見的足部掃描儀，如infoot，3D CaMegaJD-Foot 3D Scanner等都屬于這類產(chǎn)品。這類專業(yè)掃描儀雖然有著精度高、掃描速度快的優(yōu)點(diǎn)，但其高昂的價(jià)格、復(fù)雜的操作規(guī)程等缺點(diǎn)限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用，目前只有制鞋廠家、科研單位和少數(shù)專賣店在使用，普通消費(fèi)者無法使用。
[0003]與專業(yè)足部掃描儀相比，智能手機(jī)、平板等移動(dòng)終端普及率高、使用方便、用戶成本低，因此是一個(gè)非常理想的家用足部掃描儀的運(yùn)算平臺(tái)?，F(xiàn)有的使用手機(jī)采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的主流方法是從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(structure from mot1n，簡(jiǎn)稱SfM) JfM的基本思路是:通過匹配不同圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)找到同一關(guān)鍵點(diǎn)在不同圖像中的位置，然后利用這些關(guān)鍵點(diǎn)匹配所引入的約束等式計(jì)算本征矩陣，從而計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)(包括焦距，成像中心偏移量，非線性畸變等)及外參數(shù)(拍攝每幅圖像時(shí)相機(jī)在三維空間中的位置和朝向)，這樣利用三角測(cè)量法就可以得知圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)，完成了三維重建的工作。
[0004]然而在實(shí)際實(shí)施中，基于SfM的手機(jī)足部三維重建系統(tǒng)有很多不可克服的缺點(diǎn)使得它無法達(dá)到實(shí)用要求。
[0005]SfM得以順利進(jìn)行的前提條件是圖像中有足夠多的關(guān)鍵點(diǎn)供算法進(jìn)行匹配、跟蹤，這就要求圖像和圖像中的物體有豐富的紋理。而人的皮膚是沒有多少紋理供SfM算法提取關(guān)鍵點(diǎn)的。因此現(xiàn)有的手機(jī)足部三維重建APP通常要求用戶穿上具有大量花紋的襪子。現(xiàn)實(shí)中，這樣的襪子在普通用戶家庭中并不常見。另外即使用戶有這種豐富紋理的襪子，這種襪子的腳趾和腳跟部分也是單色的，SfM仍然無法重建出這兩個(gè)部分。
[0006]SfM需要用戶提供物體各個(gè)角度的照片，為此要求用戶持手機(jī)環(huán)繞足部一圈或更多圈拍攝幾十張甚至上百張照片才能得到比較滿意的結(jié)果。另外還要求拍照時(shí)保持與腳一定距離;兩張相鄰照片相差的角度不能太大，這樣兩張照片間才能有足夠多的重復(fù)關(guān)鍵點(diǎn)；所有照片所覆蓋的角度要足夠多，最好是從高到低、環(huán)繞360度拍攝。這些要求都對(duì)普通用戶造成了很多困難，因此直至目前為止實(shí)際的用戶依然很有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提出一種使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的方法，其特殊之處是基于移動(dòng)終端便攜性，讓每個(gè)用戶可以在家里或者任何地方進(jìn)行足部尺寸的三維測(cè)量，并通過所拍攝的照片重建足部三維模型。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu):
[0010]背景紙張，為一帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張；
[0011]平面標(biāo)定物；
[0012]帶有攝像頭的移動(dòng)終端，用以對(duì)待測(cè)足部及背景紙張和平面標(biāo)定物進(jìn)行照片拍攝;
[0013 ]智能服務(wù)器，其內(nèi)設(shè)有足部重建模塊。
[0014]上述技術(shù)方案中，足部重建模塊根據(jù)SfM算法及空間雕刻算法進(jìn)行足部圖像三維重建。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述平面標(biāo)定物可以采用身份證、銀行卡、A4紙、駕照等等。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張可以采用報(bào)紙。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述移動(dòng)終端為智能手機(jī)或平板等。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述智能服務(wù)器為智能手機(jī)或平板或PC機(jī)等。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)不需要用戶必須穿上具有很多紋理的襪子，用戶可以選擇赤腳或穿一雙普通的襪子。這樣用戶就不必為此單獨(dú)購買特殊的襪子，從而為用戶節(jié)省了使用成本。
[0020]其次，普通用戶不具備計(jì)算機(jī)視覺的基本知識(shí)，因此很少有人知道如何正確拍攝SfM所需要的照片。即使是有經(jīng)驗(yàn)的用戶也需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練才能掌握。本系統(tǒng)沒有這些要求，大大降低了用戶的使用門檻，為推廣使用該技術(shù)的產(chǎn)品掃除了一個(gè)最大障礙。
[0021]總之，該系統(tǒng)是利用手機(jī)、平板等進(jìn)行足部三維重建領(lǐng)域里的一個(gè)重大突破，為將在此基礎(chǔ)上開發(fā)的手機(jī)APP推廣到千家萬戶提供了技術(shù)上的保證，具有極大的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景。
【附圖說明】

[0022]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及拍攝方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu):
[0026]背景紙張，為一帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張；
[0027]平面標(biāo)定物；
[0028]帶有攝像頭的移動(dòng)終端，用以對(duì)待測(cè)足部及背景紙張和平面標(biāo)定物進(jìn)行照片拍攝;
[0029]智能服務(wù)器，其內(nèi)設(shè)有足部重建模塊。
[0030]上述技術(shù)方案中，所述平面標(biāo)定物可以采用身份證、銀行卡、A4紙等等。
[0031 ]上述技術(shù)方案中，所述帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張可以采用報(bào)紙。
[0032]上述技術(shù)方案中，所述移動(dòng)終端為智能手機(jī)或平板等。
[0033]上述技術(shù)方案中，所述智能服務(wù)器為智能手機(jī)或平板或PC機(jī)等。
[0034]上述技術(shù)方案中，足部重建模塊根據(jù)SfM算法及空間雕刻算法進(jìn)行足部圖像三維重建，系統(tǒng)使用和運(yùn)算方法如下:
[0035]SI)將一帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張放置于地面，需要測(cè)量的足部踏在紙張上面；
[0036]S2)采用帶攝像頭的移動(dòng)終端環(huán)繞足部從不同角度進(jìn)行拍照得到若干照片；
[0037]S3)將獲得的照片根據(jù)SfM算法及空間雕刻算法進(jìn)行足部圖像三維重建；
[0038]S31)根據(jù)SfM算法從照片中檢測(cè)出足部:對(duì)每幅足部照片輸出一個(gè)同等尺寸的足部掩碼，其中亮度為O的像素對(duì)應(yīng)于原照片的背景，為非足部區(qū)域;亮度為非O的像素對(duì)應(yīng)于原照片中的前景，為足部區(qū)域；
[0039]S32)從照片中檢測(cè)出紙張，并從紙張的文字或圖案中提取足夠多的關(guān)鍵點(diǎn)，依此重建出地面并計(jì)算出移動(dòng)終端的內(nèi)參數(shù)和拍攝時(shí)的外參數(shù)；
[0040]S33)使用空間雕刻法從足部掩碼與移動(dòng)終端內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)重建出足部三維模型；
[0041]S4)使用曲面擬合方法把足部模型表面變成一個(gè)連續(xù)、光滑的曲面；
[0042]S5)在紙張前放置一已知尺寸的平面標(biāo)定物，并根據(jù)SfM算法從照片中檢測(cè)出該標(biāo)定物；
[0043]利用標(biāo)定物建立一個(gè)重建三維模型與真實(shí)世界的比例尺，具體為:以檢測(cè)到的平面標(biāo)定物的四個(gè)頂點(diǎn)的二維坐標(biāo)由步驟S32)所獲得的移動(dòng)終端的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)映射到二維空間中得到。
[0044]重建的三維模型中的每一單位長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于真實(shí)世界的長(zhǎng)度。得到這個(gè)具有真實(shí)尺度的足部三維模型后，在此基礎(chǔ)上即可以從事各種足部相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)，如量足、足鞋匹配等等。
[0045]具體的，本案的照片拍攝方法可以按照?qǐng)D1所示進(jìn)行操作:
[0046]在地上放帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張5，紙張前放一個(gè)身份證之類尺寸已知的平面標(biāo)定物I，然后用手機(jī)2或其他移動(dòng)終端從上往下拍攝一張帶有紙張和平面標(biāo)定物I的照片，這張照片我們稱之為背景照片；
[0047]把足部4放到紙張上，手3持手機(jī)2從不同角度拍攝幾張足部的照片，這些照片我們稱之為足部照片；
[0048]對(duì)照片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)不需要用戶必須穿上具有很多紋理的襪子，用戶可以選擇赤腳或穿一雙普通的襪子。這樣用戶就不必為此單獨(dú)購買特殊的襪子，從而為用戶節(jié)省了使用成本。
[0050]其次，普通用戶不具備計(jì)算機(jī)視覺的基本知識(shí)，因此很少有人知道如何正確拍攝SfM所需要的照片。即使是有經(jīng)驗(yàn)的用戶也需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練才能掌握。本系統(tǒng)沒有這些要求，大大降低了用戶的使用門檻，為推廣使用該技術(shù)的產(chǎn)品掃除了一個(gè)最大障礙。
[0051]總之，該系統(tǒng)是利用手機(jī)、平板等進(jìn)行足部三維重建領(lǐng)域里的一個(gè)重大突破，為將在此基礎(chǔ)上開發(fā)的手機(jī)APP推廣到千家萬戶提供了技術(shù)上的保證，具有極大的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景。
[0052]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，其特征在于，包括以下結(jié)構(gòu): 背景紙張，為一帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張； 平面標(biāo)定物； 帶有攝像頭的移動(dòng)終端，用以對(duì)待測(cè)足部及背景紙張和平面標(biāo)定物進(jìn)行照片拍攝； 智能服務(wù)器，其內(nèi)設(shè)有足部重建模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，所述使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，其特征在于: 所述平面標(biāo)定物采用身份證或銀行卡或A4紙或駕照。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的，所述使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，其特征在于: 所述帶有復(fù)雜文字或圖案的紙張采用報(bào)紙。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的，所述使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，其特征在于: 所述移動(dòng)終端為智能手機(jī)或平板。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的，所述使用移動(dòng)終端采集二維圖像進(jìn)行足部三維重建的系統(tǒng)，其特征在于: 所述智能服務(wù)器為智能手機(jī)或平板或PC機(jī)。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK205721990SQ201620328628
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】于曉東
【申請(qǐng)人】北京體云科技有限公司