專利名稱：旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人臉識別系統(tǒng)，具體是一種旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)。用于生物特征識別領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常的人臉識別系統(tǒng)多是針對二維照片或動態(tài)視頻序列進行研究，但是，基于二維照片進行識別存在嚴重的障礙。產(chǎn)生這些問題的主要原因是人的面貌本身是三維的，而照片是對三維面貌進行平面投影的結(jié)果，在此過程中必然丟掉一部分重要信息。采用三維識別與傳統(tǒng)的方法最大的區(qū)別就在于，人臉的信息可以更好的表現(xiàn)和存儲，例如人臉的特征點的深度信息及點之間的拓撲結(jié)構(gòu)等等。由于三維人臉模型具備光照無關(guān)性和姿態(tài)無關(guān)性的特點，能夠正確反映出人臉的基本特性，還有人臉主要的三維拓撲結(jié)構(gòu)不受表情的影響，從而形成相對穩(wěn)定的人臉特征表述，這樣通過更全面的信息，可以較好的解決識別過程中的誤識率和虛警率問題，因此基于三維人臉模型的識別方法可以很好的解決目前在這一領(lǐng)域存在的問題，這就需要事先獲得三維人臉模型。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國Cyberware公司生產(chǎn)的頭部及臉部彩色三維掃描儀(Head & Face Color 3D Scanner，model 3030RGB)，采用單片機控制步進電機連續(xù)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臂，在旋轉(zhuǎn)臂上裝有激光發(fā)生器和攝像機，利用激光發(fā)生器發(fā)出低強度激光作為掃描線，投射到人臉上，攝像機獲得帶掃描線的人臉圖像，送往圖形工作站進行圖像處理，由于激光對人體的傷害性，尤其是對人眼睛的傷害性，以及采用工作站，使得系統(tǒng)造價很高，這都使得它在三維人臉建模方面的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)光三維視覺具有較高精度、光條圖像信息提取簡單、實時性強、主動受控及對人無傷害等特點，同時雙目視覺具有可以有效消除系統(tǒng)盲點的特點，本發(fā)明采用編碼結(jié)構(gòu)光和雙目照相機的旋轉(zhuǎn)平臺來快速獲取三維頭部模型。當向物體(這里指人)投射編碼網(wǎng)格時，可以從雙目照相機拍攝的圖像中觀測到由于物體形狀凸凹而產(chǎn)生的畸變條紋。這些畸變條紋可由照相機送入計算機，經(jīng)圖象處理，最終得出物體的形狀和空間坐標。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括可編程控制器、步進電機驅(qū)動模塊、步進電機、高精度行星減速齒輪箱、旋轉(zhuǎn)臂、支架、左照相機、投影儀、右照相機、平臺、平臺底座、連接電纜、計算機，其連接關(guān)系為可編程控制器與電機驅(qū)動模塊通過連接電纜連接，提供驅(qū)動脈沖；可編程控制器同時與左照相機及右照相機通過連接電纜連接，控制照相機拍取相片；左照相機及右照相機與計算機連接，將拍取的圖像送往計算機中進行處理；步進電機驅(qū)動模塊和電機連接，利用可編程控制器提供的驅(qū)動脈沖，可控制步進電機正向、反向運動；步進電機經(jīng)高精度行星減速齒輪箱與旋轉(zhuǎn)臂連接，當旋轉(zhuǎn)臂每轉(zhuǎn)5度，步進電機控制旋轉(zhuǎn)臂停止旋轉(zhuǎn)，然后可編程控制器控制左照相機、右照相機拍取人臉相片，拍取完畢后，可編程控制器繼續(xù)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動，拍取下一幅人臉相片，平臺中心與平臺底座機械連接，并要保證旋轉(zhuǎn)臂能夠圍繞平臺轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動一圈后，本發(fā)明可以獲得整個人頭的不同角度的圖片，用于三維建模處理；支架設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上，高度可調(diào)；左照相機、右照相機和投影儀設(shè)置在支架上，相機間距離可以調(diào)整，方向也可以調(diào)整。
本發(fā)明利用兩個CCD照相機進行雙目視覺定位，進而從視差中恢復(fù)距離，實現(xiàn)對三維信息的感知，照相機和投影儀固定在一個支架上，根據(jù)實驗需要，該支架高度可調(diào)，照相機左右位置和相互之間的角度也是可調(diào)整的；系統(tǒng)利用投影儀投射編碼結(jié)構(gòu)光，便于兩個照相機提取對應(yīng)點，進行三維重建。支架架設(shè)在系統(tǒng)平臺的旋轉(zhuǎn)臂上。旋轉(zhuǎn)臂由可編程控制器和步進電機驅(qū)動，步進電機和高精度行星減速齒輪箱來旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)平臺，同時可編程控制器和電機驅(qū)動模塊作為步進電機驅(qū)動源，控制旋轉(zhuǎn)臂每次自動旋轉(zhuǎn)一定角度(角度可以按照需要調(diào)整)，同時控制照相機拍取圖像。
本發(fā)明工作時，人坐在平臺上，按下啟動按鈕，投影儀投射編碼結(jié)構(gòu)光，可編程控制器工作，驅(qū)動步進電機，使得旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一定角度(本發(fā)明設(shè)為5度)，旋轉(zhuǎn)臂停止轉(zhuǎn)動，可編程控制器控制雙目照相機拍取帶有編碼結(jié)構(gòu)光的人臉照片，送往計算機進行圖像處理，拍攝完后本角度后，旋轉(zhuǎn)臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動到下一個角度(5度)，雙目照相機拍取這個角度的相片，送往計算機進行處理，當旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)完360度后，系統(tǒng)停止，準備采樣下一個人的三維數(shù)據(jù)。為了方便，本發(fā)明可以控制旋轉(zhuǎn)臂正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，在啟動時選擇。
本發(fā)明省略了激光發(fā)生器，利用編碼結(jié)構(gòu)光和雙目照相機可以快速完成人臉的三維重建工作，從而完成三維人臉識別工作，本發(fā)明也可以用在其它物體的三維重建中。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明采用的編碼結(jié)構(gòu)光方案圖中1、可編程控制器，2、步進電機驅(qū)動模塊，3、步進電機，4、高精度行星減速齒輪箱，5、旋轉(zhuǎn)臂，6、支架，7、左照相機，8、投影儀，9、右照相機，10、平臺，11、平臺底座，12、連接電纜，13、計算機具體實施方式
如圖1中，本發(fā)明包括可編程控制器1、步進電機驅(qū)動模塊2、步進電機3、高精度行星減速齒輪箱4、旋轉(zhuǎn)臂5、支架6、左照相機7、投影儀8、右照相機9、平臺10、平臺底座11、連接電纜12、計算機13，其特征在于，可編程控制器1與電機驅(qū)動模塊2通過連接電纜12連接，可編程控制器1同時與左照相機7及右照相機9通過連接電纜12連接，步進電機驅(qū)動模塊2和電機3連接，電機3經(jīng)高精度行星減速齒輪箱4與旋轉(zhuǎn)臂5連接，當旋轉(zhuǎn)臂每轉(zhuǎn)5度，電機控制旋轉(zhuǎn)臂停止旋轉(zhuǎn)，支架6設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂5上，左照相機7、右照相機9和投影儀8設(shè)置在支架6上，左照相機7及右照相機9與計算機13通過電纜12連接，平臺10中心與平臺底座11機械連接，并要保證旋轉(zhuǎn)臂5能夠圍繞平臺10轉(zhuǎn)動。
左照相機7、右照相機9和投影儀8并排設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂5的水平支架6上，支架6高度可調(diào)，左照相機7、右照相機9的距離和照相方向可調(diào)，投影儀8
投射編碼結(jié)構(gòu)光。
如圖2所示，本發(fā)明所采用的編碼結(jié)構(gòu)光，事先在幻燈片上光刻出網(wǎng)格狀條紋，網(wǎng)格條紋中最粗的中心十字線為編碼用的基線，基線的交點為基點，以此基點為參考，順序?qū)ζ渌本€交叉點進行編碼，可獲得交叉點的編碼，利用投影儀8投射網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)光，這樣本發(fā)明就可以從雙目照相機8、9獲取的人臉圖像中提取出對應(yīng)的編碼交叉點，配合人臉特征信息，可以完成三維人臉重建，從而可用于人臉識別領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)，包括可編程控制器(1)、步進電機驅(qū)動模塊(2)、步進電機(3)、高精度行星減速齒輪箱(4)、旋轉(zhuǎn)臂(5)、支架(6)、左照相機(7)、投影儀(8)、右照相機(9)、平臺(10)、平臺底座(11)、連接電纜(12)、計算機(13)，其特征在于，省略了激光發(fā)生器，可編程控制器(1)與電機驅(qū)動模塊(2)通過連接電纜(12)連接，可編程控制器(1)同時與左照相機(7)及右照相機(9)通過連接電纜(12)連接，左照相機(7)及右照相機(9)與計算機(13)通過連接電纜(12)連接，步進電機驅(qū)動模塊(2)和電機(3)連接，電機(3)經(jīng)高精度行星減速齒輪箱(4)與旋轉(zhuǎn)臂(5)機械連接，支架(6)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂(5)上，左照相機(7)、右照相機(9)和投影儀(8)設(shè)置在支架(6)上，平臺(10)設(shè)置在平臺底座(11)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)，其特征是，平臺(10)的中心與平臺底座(11)機械連接，旋轉(zhuǎn)臂(5)繞平臺(10)每次轉(zhuǎn)幅為5度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)，其特征是，左照相機(7)、右照相機(9)和投影儀(8)并排設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂(5)的水平支架(6)上，支架(6)高度可調(diào)，左照相機(7)、右照相機(9)的距離和攝像方向可調(diào)，投影儀(8)投射編碼結(jié)構(gòu)光。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)平臺上的三維人臉重建系統(tǒng)，用于生物特征識別領(lǐng)域。包括可編程控制器、步進電機驅(qū)動模塊、步進電機、高精度行星減速齒輪箱、旋轉(zhuǎn)臂、支架、左照相機、投影儀、右照相機、平臺、平臺底座、連接電纜、計算機，可編程控制器與電機驅(qū)動模塊通過連接電纜連接，可編程控制器同時與左照相機及右照相機通過連接電纜連接，左照相機及右照相機與計算機通過連接電纜連接，步進電機驅(qū)動模塊和電機連接，電機經(jīng)高精度行星減速齒輪箱與旋轉(zhuǎn)臂機械連接，支架設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上，左照相機、右照相機和投影儀設(shè)置在支架上，平臺設(shè)置在平臺底座上。本發(fā)明可快速完成人臉的三維重建工作，完成三維人臉識別工作，也可以用在其它物體的三維重建中。
文檔編號G06T1/00GK1595280SQ200410025690
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者張立軍, 楊新, 石磊 申請人:上海交通大學