專利名稱：嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，人們不斷以更科學(xué)的方式運(yùn)用于體育鍛煉之中，用更科學(xué)的方法，更多更精確科學(xué)的儀器已經(jīng)成為體育訓(xùn)練的必然趨勢(shì)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，全民健身的理念深入人心，人們對(duì)于自己擁有健康體魄的要求日益強(qiáng)烈。國外的三維人體測量產(chǎn)品價(jià)位較高，一套系統(tǒng)售價(jià)在百萬元以上。國內(nèi)僅有十幾家院校、科研單位用其進(jìn)行服裝標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的研究，人體數(shù)據(jù)普查等工作。僅有成都成式制衣公司用于MTM。人體測量尺寸是相當(dāng)重要的，它具有諸多作用。比如建筑裝修設(shè)計(jì)、家具設(shè)計(jì)以及一些交通工具的設(shè)計(jì)等，都要依據(jù)人體尺寸。 國內(nèi)雖有三、四家公司擁有三維非接觸測量技術(shù)，但未開發(fā)人體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可快速精確的測量人體三維數(shù)據(jù)，為體育訓(xùn)練及形體健身提供最直接可靠的依據(jù)的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)及方法。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，其組成包括底架，所述的底架連接CXD攝像機(jī)，所述的CXD攝像機(jī)連接傳感器組，所述的攝像機(jī)連接帶有嵌入式主處理芯片的計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)連接條紋投影儀，所述的計(jì)算機(jī)連接輸出器。嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，所述的傳感器組為8組傳感器。一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，利用條紋投影儀將一組經(jīng)由預(yù)置產(chǎn)生的正弦強(qiáng)度光柵條紋投射于人體上，利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別攝取影像，通過立體視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度匹配，進(jìn)而重建出人體準(zhǔn)確的表面輪廓；利用傳感器組通過嵌入式系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，將最終數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，拼接成完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，嵌入式主處理芯片以TI公司的TMS320DM6414的DSP為主處理芯片，DSP為主處理芯片最高主頻達(dá)到800MHz，EP2C35的FPGA為主控制芯片的“雙核”處理系統(tǒng)。所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，所述的傳感器組由8組各自獨(dú)立的傳感器成實(shí)現(xiàn)人體三維測量傳感器系統(tǒng)，每臺(tái)傳感器均由嵌入式系統(tǒng)控制測量并協(xié)調(diào)工作，控制精度可達(dá)到微秒級(jí)或納秒級(jí)。所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，利用多臺(tái)該技術(shù)的掃描頭通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，通過計(jì)算機(jī)軟件拼接完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)多領(lǐng)域的不同需求，提供所需的人體部位的精確的尺寸數(shù)據(jù)。有益效果I.本發(fā)明測試一次時(shí)間為20秒鐘，人體測量精度為;能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體三維數(shù)據(jù)的快速掃描，并能夠提供人體各部位的精確的尺寸數(shù)據(jù)。我國是世界服裝制造的大國。目前，擁有MTM后續(xù)技術(shù)的企業(yè)達(dá)千家。如果使三維人體非接觸測量產(chǎn)品的價(jià)位限制在20到40萬元,并配有人體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件,用于MTM三維人體非接觸測量產(chǎn)品市場潛量應(yīng)在千臺(tái)以上。考慮人體測量學(xué)研究、娛樂業(yè)(如電影特技)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和醫(yī)學(xué)(目前最為廣泛如彌補(bǔ)術(shù)和塑型手術(shù))等領(lǐng)域的需求，三維人體非接觸測量產(chǎn)品市場潛量應(yīng)在一萬臺(tái)左右。本發(fā)明是針對(duì)體育健身、動(dòng)畫工業(yè)、人機(jī)工程、醫(yī)學(xué)美容等領(lǐng)域中對(duì)人體三維數(shù)據(jù)快速測量的這一需求提出的，測量速度快、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，
3.本發(fā)明采用現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融合光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺為一體的測量技術(shù)，利用雙目立體視覺測量技術(shù)原理，深度研究光柵編碼技術(shù)、相移技術(shù)、相位編碼與 展開，從而提高雙目立體視覺技術(shù)中極線幾何匹配算法的匹配精度，使測量精度能夠達(dá)到毫米級(jí)，單次測量速度僅需20秒。所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，通過三維掃描儀，設(shè)定掃描的幅面、范圍等，就可以簡單、快速的完成人體的掃描過程，將數(shù)字化的人體的三維幾何數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。這些數(shù)據(jù)就是三維造型的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加工處理創(chuàng)意以此為依據(jù)的新造型，也可以完全以該數(shù)據(jù)模型為標(biāo)準(zhǔn)制作動(dòng)態(tài)原型.而且這些數(shù)據(jù)也可以通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保存起來留待以后使用。本發(fā)明的測試時(shí)間很短，由8組掃描儀器協(xié)同工作，控制精度至少需要達(dá)到微秒級(jí)，用深入研究系統(tǒng)時(shí)序控制來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)由8組獨(dú)立的傳感器組成實(shí)現(xiàn)人體三維測量傳感器系統(tǒng)，每臺(tái)傳感器均由嵌入式系統(tǒng)控制測量并協(xié)調(diào)工作，控制精度可達(dá)到微秒級(jí)或納秒級(jí)。本發(fā)明為測量及控制部分的軟件編程實(shí)現(xiàn)，為高精度點(diǎn)云的處理，即不僅能夠?qū)Ω呔鹊娜梭w三維點(diǎn)云顯示的基本操作，并且可以提供人體整體完整的點(diǎn)云精確數(shù)值。本發(fā)明采用點(diǎn)云拼接技術(shù)，點(diǎn)云拼接技術(shù)采用測量技術(shù)結(jié)合特征標(biāo)志點(diǎn)拼接技術(shù)的方法，即利用測量方法中光柵解碼的高精度，從而獲得更準(zhǔn)確的標(biāo)志點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度拼接，其中圖像采集精度能夠達(dá)到亞像素級(jí)。本發(fā)明測量精度高，測量精度達(dá)到毫米數(shù)量級(jí)；測試速度快，一次測量僅需20秒；可根據(jù)不同領(lǐng)域需求提供人體形貌的所有所需特征的數(shù)據(jù)；具有標(biāo)準(zhǔn)化接口可與第三方軟件無縫連接。本發(fā)明是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融合光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺為一體的，可用于三維人體測量的傳感器
9.本發(fā)明算法能夠達(dá)到對(duì)人體三維數(shù)據(jù)測量誤差低于1mm，測試時(shí)間低于20秒。由于該技術(shù)方法的計(jì)算過程復(fù)雜、計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間短，所以該過程一般是在PC系統(tǒng)下完成。但隨著嵌入式芯片的制作工藝的提高，目前已有嵌入式處理芯片可達(dá)到IGHz的主頻，并且由于嵌入式系統(tǒng)集成化的特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)已能夠滿足這一需求。本發(fā)明的軟件開發(fā)主要包括嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)和測量軟件的編制。前者主要包括系統(tǒng)各器件的驅(qū)動(dòng)與調(diào)試，主要是CCD相機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制、各通訊方式的驅(qū)動(dòng)。測試軟件編制主要應(yīng)用OpenCV函數(shù)庫，該庫是專門針對(duì)嵌入式視覺系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，為軟件實(shí)現(xiàn)提供了方便。


附圖I是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是附圖I的系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I :
一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，其組成包括底架I，所述的底架連接CXD攝像機(jī)2，所述的CXD攝像機(jī)連接一組傳感器3，所述的攝像機(jī)連接帶有嵌入式主處理芯片的計(jì)算機(jī)4，所述的計(jì)算機(jī)連接條紋投影儀5，所述的計(jì)算機(jī)連接輸出器6。實(shí)施例2 一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，利用條紋投影儀將一組經(jīng)由預(yù)置產(chǎn)生的正弦強(qiáng)度光柵條紋投射于人體上，正弦強(qiáng)度光柵條紋光源是對(duì)人體無害的白光，利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別攝取影像，通過立體視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度匹配，進(jìn)而重建出人體準(zhǔn)確的表面輪廓；
所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，所述的傳感器組為8組傳感器。利用8組傳感器通過嵌入式系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，將最終數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，拼接成完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。實(shí)施例3
實(shí)施例I或2所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，嵌入式主處理芯片以TI公司的TMS320DM6414的DSP為主處理芯片，DSP為主處理芯片最高主頻達(dá)到800MHz，EP2C35的FPGA為主控制芯片的“雙核”處理系統(tǒng)。實(shí)施例4
嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，本方法是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融合光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺為一體的測量技術(shù)，利用投影機(jī)將一組經(jīng)由電腦產(chǎn)生的正弦強(qiáng)度光柵條紋投射于人體上，利用兩個(gè)CCD相機(jī)分別攝取影像，通過相移技術(shù)以及極線幾何的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配，進(jìn)而重建出人體的表面輪廓；利用多臺(tái)該技術(shù)的掃描頭通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，通過計(jì)算機(jī)軟件拼接完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)多領(lǐng)域的不同需求，提供所需的人體部位的精確的尺寸數(shù)據(jù)。對(duì)于人體形態(tài)的醫(yī)學(xué)診斷與評(píng)價(jià)，外科整形美容手術(shù)與效果評(píng)價(jià)等的要求日趨增加，“定制身材”的要求日趨增加，醫(yī)用人體三維面形測量儀器作為一種人體形態(tài)的定量評(píng)價(jià)手段，可在大中城市的大醫(yī)院使用，因而具有廣闊市場前景。國際上常用的人體掃描儀有Telmat 的 SYMCAD、Turbo Flash/3D、TC2-3T6、TechMath-RAMSIS、Cyberware_WB4、Vitronic-Vitus等。三維非接觸式掃描系統(tǒng)具有掃描時(shí)間短，精確度高、測量部位多等多種優(yōu)于傳統(tǒng)測量技術(shù)和工具的特點(diǎn)。因此發(fā)展較快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)短短的幾年時(shí)間非接觸式三維人體測量產(chǎn)品已達(dá)千臺(tái)以上。實(shí)施例5
上述實(shí)施例所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，
(I)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制部分①光柵編碼技術(shù)的深入研究
②高精度光柵發(fā)生器的研究與研制
③CCD數(shù)據(jù)成像系統(tǒng)的研制、掌握
(2)、系統(tǒng)的集成研制
①系統(tǒng)總體集成的設(shè)計(jì)
②系統(tǒng)控制的研制
(3)、軟件研制
①整個(gè)系統(tǒng)測量部分軟件的研制開發(fā) ②數(shù)據(jù)后置處理，根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理及數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)計(jì)算機(jī)采入的原始形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、濾波等數(shù)據(jù)處理，以提高測量速度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)被測物體進(jìn)行圖形學(xué)描述。③數(shù)據(jù)擴(kuò)展接口，使數(shù)據(jù)可用于其他不同的用戶，開發(fā)不同版本CAD/CAM接口，以便本系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)被不同的CAD/CAM軟件使用。本項(xiàng)目創(chuàng)新的提出了由投影光柵法，即通過一組正弦光柵實(shí)現(xiàn)相位展開和相位編碼，結(jié)合雙目立體視覺的極線幾何匹配法，實(shí)現(xiàn)人體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速、精確測量。該測量方法的突出特點(diǎn)就是測試速度快，測量精度高。此外本項(xiàng)目采用以特征標(biāo)志點(diǎn)的方法與該測量方法相結(jié)合，可到達(dá)亞像素級(jí)的特征點(diǎn)提取，有效的提高了點(diǎn)云的拼接精度。本項(xiàng)目系統(tǒng)是完全自主研發(fā)的真正開放的模塊化、可擴(kuò)充、可升級(jí)的人體三維數(shù)據(jù)掃描系統(tǒng)，能夠形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),可提高產(chǎn)品的核心競爭能力。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，其組成包括底架，其特征是所述的底架連接CXD攝像機(jī)，所述的CXD攝像機(jī)連接傳感器組，所述的攝像機(jī)連接帶有嵌入式主處理芯片的計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)連接條紋投影儀，所述的計(jì)算機(jī)連接輸出器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器組為8組傳感器。
3.一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，其特征是利用條紋投影儀將一組經(jīng)由預(yù)置產(chǎn)生的正弦強(qiáng)度光柵條紋投射 于人體上，利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別攝取影像，通過立體視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度匹配，進(jìn)而重建出人體準(zhǔn)確的表面輪廓；利用傳感器組通過嵌入式系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，將最終數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，拼接成完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，其特征是嵌入式主處理芯片以TI公司的TMS320DM6414的DSP為主處理芯片，DSP為主處理芯片最高主頻達(dá)到800MHz, EP2C35的FPGA為主控制芯片的“雙核”處理系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，其特征是所述的傳感器組由8組各自獨(dú)立的傳感器成實(shí)現(xiàn)人體三維測量傳感器系統(tǒng)，每臺(tái)傳感器均由嵌入式系統(tǒng)控制測量并協(xié)調(diào)工作，控制精度可達(dá)到微秒級(jí)或納秒級(jí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)的方法，其特征是利用多臺(tái)該技術(shù)的掃描頭通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，從人體的不同角度對(duì)人體進(jìn)行拍攝掃描，得到人體各部位進(jìn)行全面測量，通過計(jì)算機(jī)軟件拼接完整的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)多領(lǐng)域的不同需求，提供所需的人體部位的精確的尺寸數(shù)據(jù)。
全文摘要
嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)及方法。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們不斷以更科學(xué)的方式運(yùn)用于體育鍛煉之中，用更科學(xué)的方法，更多更精確科學(xué)的儀器已經(jīng)成為體育訓(xùn)練的必然趨勢(shì)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，全民健身的理念深入人心，人們對(duì)于自己擁有健康體魄的要求日益強(qiáng)烈。一種嵌入式三維雙目掃描系統(tǒng)，其組成包括底架(1)，所述的底架連接CCD攝像機(jī)(2)，所述的CCD攝像機(jī)連接一組傳感器(3)，所述的攝像機(jī)連接帶有嵌入式主處理芯片的計(jì)算機(jī)(4)，所述的計(jì)算機(jī)連接條紋投影儀(5)，所述的計(jì)算機(jī)連接輸出器6。本發(fā)明用于嵌入式三維雙回掃描。
文檔編號(hào)A61B5/107GK102940492SQ20121045004
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者石磊, 吳岡, 甄海濤, 陳慶文, 孫凱明, 張賢杰, 葉愛英 申請(qǐng)人:黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所