本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)三維人臉建模技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用照相機(jī)圖像進(jìn)行建模的三維面部掃描儀。

背景技術(shù)：

隨著電影產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電影特效的應(yīng)用越來越廣泛，電影里的虛擬人物也越來越真實(shí)?，F(xiàn)在虛擬人物的制作方式主要包括計(jì)算機(jī)直接三維建模和三維掃描轉(zhuǎn)化為三維模型兩類。其中，計(jì)算機(jī)直接三維建模效率低，模型質(zhì)量不穩(wěn)定；而采用三維掃描進(jìn)行建模速度快，模型真實(shí)。

對(duì)于電影特效行業(yè)來說，采用三維掃描技術(shù)進(jìn)行三維人臉建模是大勢所趨，但目前常用的三維掃描方式成本高，還存在其它不少問題。一種是采用激光三維掃描設(shè)備，基于激光三維掃描設(shè)備的人臉建模方法盡管能夠獲取豐富的幾何細(xì)節(jié)和細(xì)膩的紋理，但激光三維掃描設(shè)備昂貴，其掃描速度低下，無法快速獲取人面部數(shù)據(jù)；二是采用專用的深度相機(jī)或投射結(jié)構(gòu)光的方法對(duì)三維立體的空間位置測量掃描的方法，但是采用這種方法的設(shè)備一般無法同時(shí)采集三維立體的多個(gè)側(cè)面的數(shù)據(jù)，掃描時(shí)間長，對(duì)活體掃描精度低。比如現(xiàn)有的“手持掃描器”，通常使用RGBD深度傳感相機(jī)，例如Artec EVA等。其缺點(diǎn)是需要幾分鐘的時(shí)間來掃描，掃描對(duì)象必須靜止不動(dòng)，導(dǎo)致演員疲勞，影響掃描效果。三是基于拍攝相機(jī)圖像進(jìn)行三維重構(gòu)的方法，采用一張或多張不同角度的人臉圖像，利用拍攝相機(jī)與人臉在空間中的幾何位置關(guān)系對(duì)人臉三維模型進(jìn)行重構(gòu)。這種方法無需專用設(shè)備，使用簡便，現(xiàn)有技術(shù)中有一種矩陣式多相機(jī)系統(tǒng)，通?；?0至120臺(tái)數(shù)碼單反相機(jī)，安裝在專門搭建的框架上，配以多臺(tái)專業(yè)的電腦、大功率攝影燈，以及大量輔助線材，價(jià)格非常昂貴，并且設(shè)備配件眾多、操作工序復(fù)雜，在實(shí)際使用過程中，需要運(yùn)輸、組裝、調(diào)試、拍照……耗費(fèi)大量人力物力，非常不方便，同時(shí)也很大地降低了掃描精度。

目前，現(xiàn)在技術(shù)中還沒有適用于面部掃描的基于拍攝相機(jī)圖像進(jìn)行三維重構(gòu)的三維掃描設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種三維面部掃描儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人面部快速、高效、低成本的掃描，該三維面部掃描儀具有一體化的整體結(jié)構(gòu)，無需組裝，方便運(yùn)輸，使用方便，也很大地提高了掃描精度。

本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是一種三維面部掃描儀，包括殼體、底座、立柱、照相模塊、燈光模塊和控制組件，其特征在于，

所述的殼體為半球殼狀，該半球殼狀的殼體由多塊相機(jī)及燈光安裝框架拼接而成，每個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架包括外框架、殼體導(dǎo)光板、相機(jī)安裝板和殼體封板，相鄰的相機(jī)及燈光安裝框架的外框架貼合，并通過安裝螺釘固定拼接在一起，所述的殼體導(dǎo)光板卡在外框架內(nèi)并位于殼體內(nèi)表面的一側(cè)，多個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架的殼體導(dǎo)光板形成殼體的內(nèi)表面，所述的殼體導(dǎo)光板具有穿過照相機(jī)鏡頭的通孔，所述的相機(jī)安裝板固定安裝在外框架內(nèi)，在照相機(jī)和照明燈帶安裝畢后，所述的殼體封板將外框架位于殼體外表面的開口封閉，

所述的立柱有兩根，所述的殼體兩側(cè)分別通過一根立柱安裝在底座上，

所述的照相模塊包括多個(gè)帶有控制器的照相機(jī)，所述的帶有控制器的照相機(jī)安裝在相機(jī)安裝板上，帶有控制器的照相機(jī)的鏡頭穿過殼體導(dǎo)光板上的通孔，

所述的燈光模塊包括多個(gè)照明燈帶和給照明燈帶供電的燈光電源，每塊殼體導(dǎo)光板的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)照明燈帶，

所述的控制組件包括交換機(jī)和控制計(jì)算機(jī)，所述的多個(gè)帶有控制器的照相機(jī)分別通過交換機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接，

更進(jìn)一步地，還包括頭部定位組件，所述的頭部定位組件固定安裝在立柱上，頭部定位組件能夠抵住頭部，在掃描儀拍攝時(shí)，使頭部位位置固定不動(dòng)。

更進(jìn)一步地，所述的二根立柱為對(duì)稱的左立柱和右立柱，左立柱包括立柱體、立柱導(dǎo)光板、上封板、下封板和扣手，所述的立柱體為曲面薄殼結(jié)構(gòu)，立柱體上部具有通孔，所述的立柱導(dǎo)光板將該通孔封閉，立柱導(dǎo)光板的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)照明燈帶，所述的上封板和下封板將立柱體的曲面薄殼結(jié)構(gòu)的開口側(cè)封閉，所述的扣手安裝在上封板，右立柱結(jié)構(gòu)與左立柱結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩根立柱在底座上安裝好后，兩根立柱的立柱導(dǎo)光板的位置相對(duì)并平行。

更進(jìn)一步地，所述的殼體由9塊相機(jī)及燈光安裝框架拼接而成，9塊相機(jī)及燈光安裝框架包括3塊外形為方形的相機(jī)及燈光安裝框架和6塊外形為三角形的相機(jī)及燈光安裝框架，方形的相機(jī)及燈光安裝框架的殼體導(dǎo)光板上開有4個(gè)均布的通孔，三角形的相機(jī)及燈光安裝框架的殼體導(dǎo)光板上開有3個(gè)均布的通孔，殼體導(dǎo)光板上的每個(gè)通孔可對(duì)應(yīng)安裝一臺(tái)帶有控制器的照相機(jī)。

更進(jìn)一步地，所述的照明燈帶有11個(gè)，其中9個(gè)分別安裝在9塊相機(jī)及燈光安裝框架中，2個(gè)分別安裝在2個(gè)立柱中。

更進(jìn)一步地，所述的底座包括底座外殼和底座板，所述的控制組件的交換機(jī)、控制計(jì)算機(jī)以及燈光電源安裝在底座外殼和底座板圍成的空間內(nèi)。

更進(jìn)一步地，所述的帶有控制器的照相機(jī)包括樹莓派2代model-B微型計(jì)算機(jī)、鏡頭座和500萬像素樹莓派攝像頭。

本實(shí)用新型的有益效果是：1)本實(shí)用新型的三維面部掃描儀采一體的整體結(jié)構(gòu)，無需組裝調(diào)試，掃描精度高?？煞旁谌魏巫烂嫔?，接上顯示器、鼠標(biāo)鍵盤和220V電源即可使用；2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，更加便于運(yùn)輸，僅需兩人提起左右把手即可搬動(dòng)，也不需大型貨車，普通的商務(wù)車也能運(yùn)輸；3)基于拍攝相機(jī)圖像進(jìn)行三維掃描，設(shè)備簡單，成本低，能夠瞬時(shí)快速掃描抓拍特定表情，效率高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的立體示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的右視圖；

圖3為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的后視圖；

圖4為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的方形的相機(jī)及燈光安裝框架和燈帶、照相機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)分解圖；

圖5為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的三角形的相機(jī)及燈光安裝框架和燈帶、照相機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)分解圖；

圖6為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的左立柱安裝結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖7為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的底座的分解圖；

圖8為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的控制組件的分解圖；

圖9為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的照相模塊與控制組件的接線示意圖；

圖10為本實(shí)用新型的三維面部掃描儀的燈光模塊的接線示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，本說明僅用于解釋本實(shí)用新型，并不作為本實(shí)用新型的限定。

如附圖1-10所示，本實(shí)用新型提出的三維掃描儀，包括殼體1、底座2、立柱3、照相模塊4、燈光模塊5、控制組件6和頭部定位組件7，各個(gè)子系統(tǒng)集成為一體機(jī)，便于攜帶、操作方便。

殼體1采用鋁合金和ABS工程塑料加工而成，所述的殼體1為半球殼狀，該半球殼狀的殼體1由9塊相機(jī)及燈光安裝框架11拼接而成，每個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架包括外框架111、殼體導(dǎo)光板112、相機(jī)安裝板113和殼體封板114，相鄰的相機(jī)及燈光安裝框架的外框架111貼合，并通過安裝螺釘固定拼接在一起，所述的殼體導(dǎo)光板112卡在外框架111內(nèi)并位于殼體1內(nèi)表面的一側(cè)，多個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架11的殼體導(dǎo)光板112形成殼體1的內(nèi)表面，所述的殼體導(dǎo)光板112具有穿過照相機(jī)鏡頭的通孔，所述的相機(jī)安裝板113固定安裝在外框架111內(nèi)，在帶有控制器的照相機(jī)41和照明燈帶51安裝畢后，所述的殼體封板114將外框架111位于殼體1外表面的開口封閉。殼體導(dǎo)光板112為亞克力材料。

所述的頭部定位組件7固定安裝在立柱3上，頭部定位組件7能夠抵住頭部，在掃描儀拍攝時(shí)，使頭部位位置固定不動(dòng)。所述的頭部定位組件7包括支撐梁71、旋架72和伸縮桿73，所述的支撐梁71位于殼體1的上部并且支撐梁71的兩端分別與兩根立柱3固定連接，所述的支撐梁71的下表面旋轉(zhuǎn)連接旋架72的一端，旋轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)軸線與地面垂直，所述的旋架72的另一端安裝伸縮桿73，所述的伸縮桿73包括固定桿、動(dòng)桿和定位螺絲，所述的固定桿固定在旋架72上，旋緊定位螺絲能夠使動(dòng)桿與固定桿的位置固定，在在掃描儀拍攝時(shí)，頭部位于殼體1凹下的內(nèi)表面前，旋轉(zhuǎn)旋架72至三維面部掃描儀對(duì)稱中心面處，此時(shí)旋架72位于頭部的后側(cè)，調(diào)整動(dòng)桿使動(dòng)桿抵住頭部的后側(cè)，旋緊定位螺絲后，開始拍攝。

照相模塊4包括22組帶有控制器的照相機(jī)41和照相機(jī)電源42，每組照相機(jī)包括樹莓派2代model-B微型計(jì)算機(jī)411、鏡頭座412和500萬像素樹莓派攝像頭413，均勻安裝在各個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架11的相機(jī)安裝板113上，形成一個(gè)半球面，罩住演員面部。500萬像素樹莓派攝像頭413距離演員面部30cm左右。照相模塊4使用標(biāo)準(zhǔn)的百兆以太網(wǎng)與控制組件6連接，所有單元的觸發(fā)信號(hào)完美同步，同步精度小于1ms。樹莓派微型計(jì)算機(jī)411采用USB供電，其照相機(jī)電源42為4塊Anker 60W 6口USB充電器，放置于產(chǎn)品底座2兩側(cè)底座外殼21內(nèi)。照相模塊4的帶有控制器的照相機(jī)41數(shù)量最大可擴(kuò)展至30組。

燈光模塊5的照明燈帶51共11組，也均勻放置在各個(gè)相機(jī)及燈光安裝框架11的殼體導(dǎo)光板112的內(nèi)側(cè)，以及立柱3上的立柱導(dǎo)光板32的內(nèi)側(cè)，圍繞演員面部，形成一個(gè)發(fā)光的半球面，照亮演員面部細(xì)節(jié)。每組照明燈帶51為1根12V 5050LED燈帶，LED燈帶圍繞導(dǎo)光板放置，使導(dǎo)光板發(fā)光均勻。每塊殼體導(dǎo)光板上有3或4個(gè)圓孔，用于放置攝像頭。各照明燈帶51并聯(lián)，共用一個(gè)12V200W直流電源52供電。

控制組件6包含交換機(jī)61、控制計(jì)算機(jī)62、視頻監(jiān)控單元63、控制面板64和總電源插排65?？刂朴?jì)算機(jī)62包含華碩H81I-PLUS電腦主板、英特爾酷睿i3處理器、英睿達(dá)8G內(nèi)存、西部數(shù)據(jù)1TB硬盤、以及長城220W小機(jī)箱電源。控制計(jì)算機(jī)62運(yùn)行于Windows環(huán)境。

交換機(jī)61為2臺(tái)CISCO-SF90D-16小型交換機(jī)，放置于產(chǎn)品兩側(cè)底座外殼21內(nèi)，將控制計(jì)算機(jī)62與22個(gè)帶有控制器的照相機(jī)41連成百兆以太網(wǎng)絡(luò)。

視頻監(jiān)控單元63采用“林柏視”70度視角網(wǎng)絡(luò)攝像頭，安裝在殼體1中心部的方形的相機(jī)及燈光安裝框架11的正中間的通孔處，通過USB線連接在控制計(jì)算機(jī)62主板上，可實(shí)時(shí)拍攝演員的表情，并顯示在工作人員的顯示器上，幫助工作人員指導(dǎo)與抓拍演員表情。

控制面板64位于底座2后方，包含一個(gè)總電源輸入接口、總電源開關(guān)、燈光模塊開關(guān)、控制計(jì)算機(jī)62的控制計(jì)算機(jī)開關(guān)，以及控制計(jì)算機(jī)62主板接口，接口可外接顯示器、鼠標(biāo)鍵盤和220V電源。

總電源插排65通過總電源開關(guān)連接到總電源輸入接口上，并與產(chǎn)品外部的220V電源線接通；帶有控制器的照相機(jī)41的樹莓派微型計(jì)算機(jī)411的照相機(jī)電源42的電源線要插在總電源插排65上，并為22組樹莓派微型計(jì)算機(jī)411提供5V直流電；交換機(jī)61的電源線也要插在總電源插排65上，并通過網(wǎng)線把22組樹莓派微型計(jì)算機(jī)411和控制計(jì)算機(jī)62組成百兆以太網(wǎng)；燈光電源52的輸入電線要通過控制面板64上的燈光模塊開關(guān)連接到總電源插排65上，并通過并聯(lián)電路為11組LED照明燈帶51供電。

本實(shí)用新型提出的三維掃描儀工作時(shí)，需要把顯示器和鼠標(biāo)鍵盤連接到控制面板64上的控制計(jì)算機(jī)62的對(duì)應(yīng)接口上，然后把220V電源線插入控制面板64上的總電源輸入接口并通電，然后開啟控制面板64上的總電源開關(guān)，此時(shí)總電源插排65將通電，照相模塊4的樹莓派微型計(jì)算機(jī)411隨即通電啟動(dòng)；開啟控制面板64上的燈光模塊開關(guān)，照明燈帶51點(diǎn)亮，使殼體導(dǎo)光板112和立柱導(dǎo)光板32發(fā)光，照亮演員面部；然后開啟控制面板64上的控制計(jì)算機(jī)開關(guān)，啟動(dòng)控制計(jì)算機(jī)62，然后打開其內(nèi)部的掃描控制軟件，即可通過百兆以太網(wǎng)控制照相模塊4的樹莓派微型計(jì)算機(jī)411和樹莓派攝像頭413拍照，并通過網(wǎng)絡(luò)把照片傳到控制計(jì)算機(jī)62的固態(tài)硬盤內(nèi)。拍攝好的人面部多角度的照片最終可采用Photoscan在無特征點(diǎn)的情況下進(jìn)行重構(gòu)，形成人臉三維模型。

本實(shí)用新型提出的三維掃描儀不工作時(shí)，可以關(guān)閉控制面板64上的燈光模塊開關(guān)，使導(dǎo)光板不發(fā)光；此時(shí)照相模塊4的樹莓派微型計(jì)算機(jī)411和控制計(jì)算機(jī)62仍處于啟動(dòng)狀態(tài)，可隨時(shí)等待下一次使用；

本實(shí)用新型提出的三維面部掃描儀運(yùn)輸時(shí)，依次關(guān)閉燈光模塊開關(guān)，關(guān)閉控制計(jì)算機(jī)62，關(guān)閉總電源開關(guān)之后，拔掉連接在控制計(jì)算機(jī)62接口上的顯示器與鼠標(biāo)鍵盤，然后用立柱3左右兩側(cè)的扣手35，即可搬運(yùn)。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)于本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等效替換、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)。