一種利用rgb-d攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用RGB-D攝像機(jī)快速獲取足部三維腳型信息及三維重建模型的測量方法，該方法將RGB-D攝像機(jī)應(yīng)用到足部表面三維信息的快速獲取與足部表面模型的精細(xì)重建中，在不借助任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，快速采集足部曲面的三維坐標(biāo)。利用RGB-D攝像機(jī)掃描腳型曲面，實(shí)時(shí)獲取深度信息，融合不同時(shí)序的深度圖數(shù)據(jù)并重建出腳型曲面的全局模型，并可根據(jù)實(shí)際需要，提取測量腳型特征參數(shù)。該方法不僅測量效率高，實(shí)時(shí)性好，而且易于實(shí)現(xiàn)，測量成本低，容易操作，使用效果好。
【專利說明】—種利用RGB-D攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維曲面測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種利用RGB-D攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鞋型鞋號是依據(jù)大量統(tǒng)計(jì)、分析、歸納出的標(biāo)準(zhǔn)鞋型系列來設(shè)計(jì)的，這使得有相當(dāng)一部分正常腳型者，他們應(yīng)穿的鞋型鞋號處于標(biāo)準(zhǔn)鞋型鞋號的中間值上，但也只能穿用近似的鞋型鞋號。而絕大多數(shù)畸形腳型者，則根本就沒有適合的鞋型鞋號。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國畸形腳的比例約占15%左右，其中后天性畸形居多，大多是因?yàn)樾贿m合造成的。因此根據(jù)不同的腳型設(shè)計(jì)出更適合的鞋，并實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的現(xiàn)代化、自動化，使穿鞋由“大眾系列化”變?yōu)椤皞€(gè)體適合化”的轉(zhuǎn)變一直是制鞋業(yè)追求的目標(biāo)之一。
[0003]準(zhǔn)確和高效率的腳型測量方法不僅是鞋楦設(shè)計(jì)和方便人們選鞋、穿鞋不可缺少的，而且也是大規(guī)模腳型測量、腳型矯正等所必須的?，F(xiàn)有的腳型測量方法分接觸式測量和非接觸式測量兩種:
1、接觸式測量:接觸式測量主要是使用一些機(jī)械式的手工測量儀器或由接觸式傳感器組成的電子測量儀器，其中以手工測量為主。手工測量的工具主要包括:布帶尺、鋼卷尺、劃筆、量高儀、踏腳印器和量腳卡尺。手工測量從測量方法上又分為直接法和間接法。直接法比較簡單。首先用筆在腳的特征部位上標(biāo)出有關(guān)測量點(diǎn)，利用布帶尺、量高儀等工具可以直接測量出腳的各個(gè)有關(guān)數(shù)據(jù)。間接法利用腳印器踏出腳印并繪制出腳的輪廓線，然后再進(jìn)行測量分析。接觸式腳型測量的優(yōu)點(diǎn)是投資少、操作步驟簡單、靈活性強(qiáng)、方便攜帶、便于短時(shí)間內(nèi)在不同的測量地點(diǎn)進(jìn)行測量。缺點(diǎn)是接觸式測量方式會對腳部產(chǎn)生壓力，引起腳部形變，造成測量誤差，測量時(shí)間長，而且測量的腳部參數(shù)有限，有些較復(fù)雜的參數(shù)或曲線無法測量，工作效率低、勞動強(qiáng)度大、重復(fù)再現(xiàn)性差、測量者之間的誤差大，同時(shí)，這種測量方式難以獲得腳部整體的數(shù)據(jù)信息。也不能對腳的截面形態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。無法進(jìn)行更深層次的研究；
2、非接觸式測量:在計(jì)算機(jī)、光學(xué)等學(xué)科發(fā)展的帶動下。光學(xué)非接觸式測量作為近年來興起的一門測量技術(shù)受到越來越多的重視。目前，光學(xué)非接觸式測量方法主要有構(gòu)光測量、立體視覺測量、激光測量等:
(1)結(jié)構(gòu)光測量:結(jié)構(gòu)光三維視覺基于光學(xué)三角法原理，其基本原理是由結(jié)構(gòu)光投射器向被測物體表面投射可控制的光點(diǎn)、光條或光面結(jié)構(gòu)，并由圖像傳感器(如攝像機(jī))獲得圖像，通過系統(tǒng)幾何關(guān)系，利用三角原理計(jì)算得到物體的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光測量方法具有計(jì)算簡單、體積小、價(jià)格低、便于安裝和維護(hù)的特點(diǎn)，在實(shí)際三維輪廓測量中被廣泛使用。但是測量精度受物理光學(xué)的限制，存在遮擋問題，測量精度與速度相互矛盾，難以同時(shí)得到提高；
(2)立體視覺測量:在計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)中，利用兩臺位置相對固定的攝像機(jī)或一個(gè)攝像機(jī)在兩個(gè)不同的位置，從不同角度同時(shí)獲取同一景物的兩幅圖像，通過計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅圖像中的視差來獲得其三維坐標(biāo)值。立體視覺方法最大的特點(diǎn)是拍攝速度快，可以在不到一秒時(shí)間內(nèi)完成拍攝任務(wù)，適合于需要快速測量場合。但立體視覺方法數(shù)據(jù)處理量大，處理時(shí)間長，而且需要進(jìn)行兩幅圖像的匹配，在物體表面灰度和面形變化不大時(shí)，會影響匹配和測量精度；
(3)激光測量:由一個(gè)多邊形鏡頭定位的一根直線可視激光束，通過高頻掃描來對物體表面進(jìn)行掃描測量；應(yīng)用三角定律，激光束在物體表面經(jīng)反射后由激光接受器接收，然后經(jīng)計(jì)算獲得物體表面的坐標(biāo)。激光掃描可以精確地提供三維環(huán)境信息，數(shù)據(jù)處理簡單，受環(huán)境影響小。但成本高，精度、測距與掃描速率存在矛盾關(guān)系。
[0004]獲取足部三維模型不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消費(fèi)者的鞋類定制、智能選鞋，而且在矯形鞋定制、假肢生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷和手術(shù)輔助等醫(yī)療領(lǐng)域也有重要應(yīng)用:
1、矯形鞋定制:采集患者腳型數(shù)據(jù)并傳到矯形中心，矯形中心根據(jù)患者的腳型數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工出矯形鞋；
2、假肢生產(chǎn):掃描患者的另一只健康的腳，快速得到這只腳的完整三維模型，然后利用鏡像得到另外一只腳的三維模型，再利用得到的腳的模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)出假肢，確保兩只腳外形相同；
3、醫(yī)學(xué)診斷:快速采集患者的腳底三維數(shù)據(jù)，足科醫(yī)生可根據(jù)采集到的三維數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷患者的足病類型，以便于采取更科學(xué)有效的治療方法；
4、手術(shù)輔助:采集患者的腳部三維數(shù)據(jù)，通過在電腦中仔細(xì)觀察患者腳型，研究最佳手術(shù)方案，確保手術(shù)的成功率。
[0005]利用深度相機(jī)進(jìn)行場景深度信息測量是近年來興起的技術(shù)，這主要得益于深度圖攝像機(jī)的成本降低，特別是微軟推出的一款RGB-D攝像機(jī):Kinect，極大地激發(fā)了研究者將RGB-D攝像機(jī)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)、娛樂、機(jī)械等各研究領(lǐng)域。
[0006]Kinect包含3個(gè)攝像機(jī)，中間的鏡頭為RGB彩色攝像機(jī)，左右兩邊鏡頭分別為紅外線發(fā)射器和紅外線COMS攝像機(jī)，傳感器可以同時(shí)獲取RGB和深度圖像數(shù)據(jù)。Kinect深度成像的原理是利用光編碼(Light Coding)技術(shù),其中，紅外線發(fā)射器與紅外線COMS攝像機(jī)成一定角度對準(zhǔn)目標(biāo)場景，而不均勻透明介質(zhì)放置于激光發(fā)射器鏡頭前，紅外線發(fā)射器發(fā)射一束紅外線透過不均勻介質(zhì)后在場景中形成激光散斑，CMOS紅外接收器獲取散斑圖像，并根據(jù)Kinect內(nèi)部參數(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)三角關(guān)系換算成深度值。傳感器以每秒30幀的速度生成深度圖像流，結(jié)合深度圖圖像坐標(biāo)和小孔成像原理，實(shí)時(shí)獲取測量視場內(nèi)的物體表面的三維信息。
[0007]與人工測量和其他三維掃描測量相比，Kinect深度相機(jī)的優(yōu)勢在于:(I)無需借助識別其它標(biāo)記點(diǎn)便可一次性獲取場景中所有點(diǎn)的三維信息；(2)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性好；
(3)Kinect拍攝獲取的深度圖分辨率較高；(4)獲取深度信息時(shí)受光照和表面紋理影響??；
(5)Kinect價(jià)格低廉，使用成本低；(6)操作簡單，用戶可手持?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行掃描。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用RGB-D攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法，該方法不僅測量效率高，實(shí)時(shí)性好，而且易于實(shí)現(xiàn)，測量成本低，容易操作，使用效果好。[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案的特征在于:
(1)利用RGB-D攝像機(jī)散斑測距原理對腳型三維曲面進(jìn)行測量=RGB-D攝像機(jī)紅外發(fā)射器發(fā)射出雷射光，通過紅外發(fā)射器鏡頭前的光柵，均勻地投射到足部表面，足部表面的粗糙物體反射，形成隨機(jī)的散斑，再通過紅外攝影機(jī)記錄空間的每個(gè)散斑，通過計(jì)算便得到足部深度圖像的信息；
(2)不借助任何標(biāo)記點(diǎn)，手持RGB-D攝像機(jī)自由掃描腳型曲面，實(shí)時(shí)獲取深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合X、Y坐標(biāo)信息，重建出腳型曲面的全局三維模型；同時(shí)利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，提高模型的重建細(xì)節(jié)；
(3)將三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息并得到腳型特征參數(shù)，如足長、足寬、足趾高、足弓寬、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高、足跟寬、足后跟高等腳型參數(shù)。
[0010]所述步驟(2)包括以下步驟:
(2.1)在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(2.2)使用迭代最近點(diǎn)算法匹配不同視角下的三維點(diǎn)云，逐幀計(jì)算不同朝向的點(diǎn)集的相關(guān)度，獲得RGB-D攝像機(jī)的六自由度姿態(tài)(上下、左右、前后和俯仰、搖動、滾動)，采用體集成方法將已配準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在全局坐標(biāo)系中生成一個(gè)三維體素網(wǎng)格，并不斷更新攝像機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，通過ICP (Iterative Closest Point,迭代最近點(diǎn))算法實(shí)時(shí)融合新采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成重建立方體模型；
(2.3)通過平滑算法進(jìn)行了去噪，優(yōu)化測量的三維數(shù)據(jù)，提高三維數(shù)據(jù)的精度，并利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，隨著攝像機(jī)更接近腳面，通過使用新的更高精度的數(shù)據(jù)，腳型三維曲面會被持續(xù)優(yōu)化，從而提高三維曲面的精度。
[0011]所述步驟(3)包括如下步驟:
(3.1)將權(quán)利要求書I中的步驟(2)獲得的三維模型轉(zhuǎn)換為STL點(diǎn)云格式；
(3.2)將STL格式的點(diǎn)云導(dǎo)入到三維模型處理軟件中進(jìn)行處理，將無用點(diǎn)剔除，保存整個(gè)足部的不規(guī)則曲面三維信息；
(3.3)將處理后的足部曲面三維信息導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，根據(jù)實(shí)際測量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部曲面在三維模型中的位置；
(3.4)根據(jù)提取的特征測量對象，利用軟件的測量工具，對其進(jìn)行長度、高度、寬度等參數(shù)的測量，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是將RGB-D攝像機(jī)應(yīng)用于獲取腳型表面參數(shù)信息及快速重建中，其優(yōu)點(diǎn)在于:
1)容易實(shí)現(xiàn):只需一個(gè)RGB攝像機(jī)即可一次性采集到腳型三維曲面點(diǎn)的三維坐標(biāo)；
2)采集實(shí)時(shí)性好=RGB-D攝像機(jī)采用光編碼技術(shù)，使用的是連續(xù)照明，不需要特制的感光材料，只需普通的CMOS感光芯片，因此可大大降低成本；與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光技術(shù)不同的，RGB-D攝像機(jī)的光源打出去的并不是周期性變化的二維的圖像編碼，而是具有三維縱深的激光散斑，受光照和物體表面紋理的影響?。?br> 3)容易操作:只需手持?jǐn)z像機(jī)便可掃描出完整的腳型曲面；測量效率高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中RGB-D攝像機(jī)測量腳型曲面模型圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中需要測量的腳型參數(shù)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中通過RGB-D攝像機(jī)獲取的足部表面點(diǎn)云圖(左)及三維重建模型圖(右)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明利用RGB-D攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法，包括以下步驟:
(1)利用RGB-D攝像機(jī)散斑測距原理對腳型三維曲面進(jìn)行測量=RGB-D攝像機(jī)紅外發(fā)射器發(fā)射出雷射光，通過紅外發(fā)射器鏡頭前的光柵，均勻地投射到足部表面，足部表面的粗糙物體反射，形成隨機(jī)的散斑，再通過紅外攝影機(jī)記錄空間的每個(gè)散斑，通過計(jì)算便得到足部深度圖像的信息；
(2)不借助任何標(biāo)記點(diǎn)，手持RGB-D攝像機(jī)自由掃描腳型曲面，實(shí)時(shí)獲取深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合X、Y坐標(biāo)信息，重建出腳型曲面的全局三維模型；同時(shí)利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，提高模型的重建細(xì)節(jié)；
(2.1)在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(2.2)使用迭代最近點(diǎn)算法匹配不同視角下的三維點(diǎn)云，逐幀計(jì)算不同朝向的點(diǎn)集的相關(guān)度，獲得RGB-D攝像機(jī)的六自由度姿態(tài)(上下、左右、前后和俯仰、搖動、滾動)，采用體集成方法將已配準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在全局坐標(biāo)系中生成一個(gè)三維體素網(wǎng)格，并不斷更新攝像機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，通過ICP (Iterative Closest Point,迭代最近點(diǎn))算法實(shí)時(shí)融合新采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成重建立方體模型；
(2.3)通過平滑算法進(jìn)行了去噪，優(yōu)化測量的三維數(shù)據(jù)，提高三維數(shù)據(jù)的精度，并利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，隨著攝像機(jī)更接近腳面，通過使用新的更高精度的數(shù)據(jù)，腳型三維曲面會被持續(xù)優(yōu)化，從而提高三維曲面的精度；
(3)腳型參數(shù)測量:將三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，提取并測量腳型特征參數(shù)，如足長、足寬、足趾高、足弓寬、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高、足跟寬、足后跟高等，具體包括如下步驟:
(3.1)將權(quán)利要求書I中的步驟(2)獲得的三維模型轉(zhuǎn)換為STL點(diǎn)云格式；
(3.2)將STL格式的點(diǎn)云導(dǎo)入到三維模型處理軟件中進(jìn)行處理，將無用點(diǎn)剔除，保存整個(gè)足部的不規(guī)則曲面三維信息；
(3.3)將處理后的足部曲面三維信息導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，根據(jù)實(shí)際測量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部曲面在三維模型中的位置；
(3.4)根據(jù)提取的特征測量對象，利用軟件的測量工具，對其進(jìn)行長度、高度、寬度等參數(shù)的測量，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)。[0017]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]1、如圖1所示，RGB-D攝像機(jī)選用微軟開發(fā)的Kinect型號RGB-D攝像機(jī)，將測量腳放到合適的地方。
[0019]2、分別標(biāo)定Kinect的深度攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)，獲取它們的內(nèi)部參數(shù):焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)。
[0020]3、利用RGB-D攝像機(jī)散斑測距原理對腳型三維曲面進(jìn)行測量，紅外發(fā)射器發(fā)射出雷射光，通過紅外發(fā)射器鏡頭前的光柵，均勻地投射到測量空間，測量空間的粗糙物體反射，形成隨機(jī)的散斑，再通過紅外攝影機(jī)記錄空間的每個(gè)散斑，通過晶片的計(jì)算便得到深度圖像。
[0021]4、手持RGB-D攝像機(jī)自由掃描腳型曲面，在實(shí)時(shí)獲取深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合X、Y坐標(biāo)信息，即可在不借助任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，重建出腳型曲面的全局三維模型。同時(shí)利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，從而提高模型的重建細(xì)節(jié)表現(xiàn)；
4.1三維點(diǎn)云獲取:在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
4.2多視角點(diǎn)云配準(zhǔn):使用迭代最近點(diǎn)算法匹配不同視角下的三維點(diǎn)云，逐幀計(jì)算不同朝向的點(diǎn)集的相關(guān)度，獲得RGB-D攝像機(jī)的六自由度姿態(tài)(上下、左右、前后和俯仰、搖動、滾動)，采用體集成方法將已配準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，在全局坐標(biāo)系中生成一個(gè)三維體素網(wǎng)格，并不斷更新攝像機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，通過ICP (Iterative Closest Point,迭代最近點(diǎn))算法實(shí)時(shí)融合新采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成重建立方體模型；
4.3優(yōu)化模型表面質(zhì)量:通過平滑算法進(jìn)行了去噪，優(yōu)化測量的三維數(shù)據(jù)，提高三維數(shù)據(jù)的精度，并利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，隨著攝像機(jī)更接近腳面，通過使用新的更高精度的數(shù)據(jù)，腳型三維曲面會被持續(xù)優(yōu)化，從而提高三維曲面的精度。
[0022]5、將三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，提取并測量腳型特征參數(shù)；
5.1將步驟(4)獲得的三維模型轉(zhuǎn)換為STL點(diǎn)云格式；
5.2將STL格式的點(diǎn)云導(dǎo)入到三維模型處理軟件中進(jìn)行處理，將無用點(diǎn)剔除，保存整個(gè)足部的不規(guī)則曲面三維信息；
5.3將處理后的足部曲面三維信息導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，根據(jù)實(shí)際測量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部曲面在三維模型中的位置，圖2為一些常用的腳型特征參數(shù)定義；1一足寬；2—足弓寬；3—足跟寬；4一足長；5—足趾聞；6一足弓圍；7—足后跟聞；8一內(nèi)踝高；
5.4根據(jù)提取的特征測量對象，利用軟件的測量工具，對其進(jìn)行長度、高度、寬度等參數(shù)的測量，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)。
[0023]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用RGB-D攝像機(jī)測量足部三維腳型信息及三維重建模型的方法，其特征在于: (1)利用RGB-D攝像機(jī)散斑測距原理對腳型三維曲面進(jìn)行測量=RGB-D攝像機(jī)紅外發(fā)射器發(fā)射出雷射光，通過紅外發(fā)射器鏡頭前的光柵，均勻地投射到足部表面，足部表面的粗糙物體反射，形成隨機(jī)的散斑，再通過紅外攝影機(jī)記錄空間的每個(gè)散斑，通過計(jì)算便得到足部深度圖像的信息； (2)不借助任何標(biāo)記點(diǎn)，手持RGB-D攝像機(jī)自由掃描腳型曲面，實(shí)時(shí)獲取深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合X、Y坐標(biāo)信息，重建出腳型曲面的全局三維模型；同時(shí)利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，提高模型的重建細(xì)節(jié)； (3)將三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息并得到腳型特征參數(shù)，如足長、足寬、足趾高、足弓寬、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高、足跟寬、足后跟高等腳型參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用RGB-D攝像機(jī)快速獲取足部三維腳型信息及三維重建模型的測量方法，所述步驟(2)其特征在于: (2.1)在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (2.2)使用迭代最近點(diǎn)算法匹配不同視角下的三維點(diǎn)云，逐幀計(jì)算不同朝向的點(diǎn)集的相關(guān)度，獲得RGB-D攝像機(jī)的六自由度姿態(tài)(上下、左右、前后和俯仰、搖動、滾動)，采用體集成方法將已配準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在全局坐標(biāo)系中生成一個(gè)三維體素網(wǎng)格，并不斷更新攝像機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，通過ICP (Iterative Closest Point,迭代最近點(diǎn))算法實(shí)時(shí)融合新采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成重建立方體模型； (2.3)通過平滑算法進(jìn)行了去噪，優(yōu)化測量的三維數(shù)據(jù)，提高三維數(shù)據(jù)的精度，并利用圖像超分辨率技術(shù)對深度圖進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，隨著攝像機(jī)更接近腳面，通過使用新的更高精度的數(shù)據(jù)，腳型三維曲面會被持續(xù)優(yōu)化，從而提高三維曲面的精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用RGB-D攝像機(jī)快速獲取足部三維腳型信息及三維重建模型的測量方法，所述步驟(3)其特征在于: (3.1)將權(quán)利要求書I中的步驟(2)獲得的三維模型轉(zhuǎn)換為STL點(diǎn)云格式； (3.2)將STL格式的點(diǎn)云導(dǎo)入到三維模型處理軟件中進(jìn)行處理，將無用點(diǎn)剔除，保存整個(gè)足部的不規(guī)則曲面三維信息； (3.3)將處理后的足部曲面三維信息導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，根據(jù)實(shí)際測量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部曲面在三維模型中的位置； (3.4)根據(jù)提取的特征測量對象，利用軟件的測量工具，對其進(jìn)行長度、高度、寬度等參數(shù)的測量，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)。
【文檔編號】G06T17/00GK103971409SQ201410216433
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】何炳蔚, 雷阿唐, 沈恒華, 趙強(qiáng) 申請人:福州大學(xué)