一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)，它由機械結構部分、動力部分、下位機控制部分和上位機檢測部組成；動力部分提供云臺掃描的運動，云臺帶動攝像機，通過控制系統(tǒng)控制，帶動攝像機掃描。然后進行存儲和處理，最后在上位機顯示結果。本發(fā)明采用無接觸式測量，方便檢測過程；利用高分辨率像素數字攝像頭作為傳感器，分辨能力高，尺寸精確；測量結果通過PC機界面顯示，使用者能夠更直觀地得知測量信息；測量過程無毒害，無污染，安全環(huán)保。
【專利說明】一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)。
【背景技術】:
[0002]三維物體形狀檢測和三維物體重建技術是計算機圖像處理，以及計算機視覺處理以及模式識別的一個分支。在生產自動化川、機器人視覺、CAD、醫(yī)學、等方面有著越來越多的應用前景。在工業(yè)自動化生產流水線上，經常需要對工業(yè)產品外殼進行外觀形狀快速檢測以檢測其是否符合生產精度要求，要做到這些，僅依靠人工檢測是不夠的，也是不精確的，這時候就需要采用三維檢測技術，對產品進行準確、快速地檢測。[0003]目前部分發(fā)達國家紛紛開展了人體全身體表三維測量系統(tǒng)的研究，其核心思想是通過多套攝像機與投影儀組成的光學裝置，用三維成像的方法獲取局部體表的三維數據；在獲取人體各個局部數據后進行圖像拼接，完成人體全身三維成像。目前國內、外在人體三維成像系統(tǒng)領域所采用的技術主要有兩類:一類是該領域的創(chuàng)導者[TC] 2 (TextileClothing Technology Corporation紡織服裝技術公司)于2003年推出的NX-12系列產品，采用三組共6個成像單元，每個成像單元由固定的投影儀和攝像機組成的，在被測人體前后成1200布局，分6次測量人體各個部位的三維數據，即每個成像單元采用兩套雙攝像機三維成像系統(tǒng)從兩個視角拍攝并進行三維數據的融合。NX-12已經作為美國和英國政府開展全國性人體尺碼制訂計劃SizeUSA和SizeUK項目所采用的機型。另一類采用垂直移動三維成像裝置技術，無論是臺灣工業(yè)技術研究院光電所于2001年推出的Gemini系統(tǒng)，德國VITR0NIC公司于2002年推出的Vitus系列產品，日本浜松光子學株式會社于2003年推出的Bodyline Scanner系統(tǒng),還是目前處于研發(fā)狀態(tài)的美國德州大學人類生態(tài)系和天津大學精儀學院的掃描成像系統(tǒng)等都屬于這類技術。以Vitus Pro系統(tǒng)為例，采用兩組獨立成像單元，每組成像單元采用3條線激光和6個攝像機組成的三維成像裝置，兩組成像單元對稱布置在一個龍門框架的兩側上。每組成像單元用獨立的機械傳動方式控制其沿著人體縱向垂直上下移動，達到以12個視角同時測量人體，從而實現人體全身三維成像的目標。
[0004]雖然人體全身三維成像的應用前景廣闊，但是上述系統(tǒng)龐大、機械加工復雜，技術產業(yè)化成本較高,并未真正打開市場。
【發(fā)明內容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)。
[0006]為了解決【背景技術】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)，它由機械結構部分、動力部分、下位機控制部分和上位機檢測部組成；
[0008]機械結構部分:可以把人體整個包括進去，為動力部分提供可靠的結構；
[0009]動力部分:為二維云臺及投影提供運動，進行掃描；[0010]下位機控制部分:對攝像機采集到的圖像進行存儲和處理等；
[0011]上位機檢測部分:對下位機實時處理情況的檢測及顯示；
[0012]動力部分提供云臺掃描的運動，云臺帶動攝像機，通過控制系統(tǒng)控制，帶動攝像機掃描。然后進行存儲和處理，最后在上位機顯示結果。
[0013]進一步的，所述機械部分采用步進電機帶動攝像頭進行測量路徑的精確運動，步進電機與機械結構能夠滿足測量的機械精度需求，通過步進電機伺服控制器能夠對步進電機的步進尺度進行精確控制，攝像頭時時拍攝待測圖像，將數據通過DCMI總線進行傳輸至核心處理器進行計算，待測算出結果后，將通過串行通信總線傳輸至上位機中進行顯示。
[0014]本發(fā)明對比現有技術有如下的有益效果:本發(fā)明采用無接觸式測量，方便檢測過程；利用高分辨率像素數字攝像頭作為傳感器，分辨能力高，尺寸精確；測量結果通過PC機界面顯示，使用者能夠更直觀地得知測量信息；測量過程無毒害，無污染，安全環(huán)保
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0015]圖1為本發(fā)明的三維成像系統(tǒng)的原理圖。
[0016]圖2為具體的人體胸部成像情況。
[0017]圖3顯示的是人體臉部的面陣條紋圖。
[0018]圖4為主控板線 性電源穩(wěn)壓電路圖。
[0019]圖5為攝像頭接口電路圖。
[0020]圖6為外部存儲器接口電路圖。
[0021]圖7為串口電平轉換電路圖。
【具體實施方式】:
[0022]一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)，它由機械結構部分、動力部分、下位機控制部分和上位機檢測部組成；
[0023]機械結構部分:可以把人體整個包括進去，為動力部分提供可靠的結構；
[0024]動力部分:為二維云臺及投影提供運動，進行掃描；
[0025]下位機控制部分:對攝像機采集到的圖像進行存儲和處理等；
[0026]上位機檢測部分:對下位機實時處理情況的檢測及顯示；
[0027]動力部分提供云臺掃描的運動，云臺帶動攝像機，通過控制系統(tǒng)控制，帶動攝像機掃描。然后進行存儲和處理，最后在上位機顯示結果。
[0028]圖1為本發(fā)明的三維成像系統(tǒng)的原理圖。通過同時改變面陣投影裝置的投影光路和攝像機的成像光路，使其實現對被測物體的大視角成像。在三維成像的景深范圍內，面陣投影裝置發(fā)出帶有編碼信息的結構光條紋覆蓋CMOS相機的成像光路的有效視場，且垂直于物平面。投影在被測物體上的每條結構光條紋經CMOS相機成像并存儲，并發(fā)送至上位機進行處理后能夠被計算機識別和區(qū)分。
[0029]如圖2為具體的人體胸部成像情況，圖3顯示的是人體臉部的面陣條紋圖像。通過成像裝置垂直掃描外同步器發(fā)出外同步信息控制左、右攝像機兩者同步成像。通過改變伺服電機的轉速來二維運動系統(tǒng)的轉角，從而捕獲不同方位和角度下的條紋圖像，并且當反射鏡的轉速不同時，可以獲得不同三維面形的空間采樣精度。如圖3所示，當被檢測物體被投影到的摩爾條紋越密的時候，該系統(tǒng)所做出的檢測結果越精確。同樣的道理，我們仍然可以通過改變CMOS相機及其數據采集系統(tǒng)的圖像采集頻率來獲得不同空間三維面形的采樣精度和采樣時間。
[0030]圖4為主控板線性電源穩(wěn)壓電路圖，由于單片機供電電源為3.3V，因此電路板上必須有線性穩(wěn)壓電源為單片機以及其他邏輯器件進行供電。如圖在本設計中，作者采用的是常見的LM1117線性低壓差穩(wěn)壓芯片，選擇這款芯片的原因主要是由于LM1117的電源紋波小，質量高，且性價比出眾。
[0031]圖5為攝像頭接口電路圖，由于設計中涉及到了數字攝像頭部分，因此，攝像頭接口也有必要介紹一下，如圖所示為DCMI接口。此接口為0V7670攝像頭模組接口，其中包含SCCB通信時鐘與數據線，另外攝像頭部分由點時鐘(PCLK)行同步(HREF)和場同步(VSYNC)三根時鐘信號作為攝像頭數據同步參考。此外便是8位數據線(D0-D7)作為攝像數據傳輸的接口便由以上引腳全部包含在內了。[0032]圖6為外部存儲器接口電路圖，本設計中，由于單片機的SRAM連續(xù)空間不足以放下整幅圖像數據，因此利用STM32自帶的FSMC總線外擴了一片512K字節(jié)的SRAM芯片。如圖7所示，該接口中包含了 16位數據線與18位地址線，可以作為512K字節(jié)的尋址范圍。
[0033]圖7為串口電平轉換電路圖，本設計中單片機與上位機進行數據交互采用的是串口通信，此通信接口現已廣泛應用于工業(yè)及儀器儀表領域，穩(wěn)定可靠。采用DB9端子與計算機進行連接，由于單片機的電平范圍與電腦的電平不一致，因此，需要接這樣一個電平轉換芯片，將單片機的電平與電腦的電平范圍進行互相轉換。
【權利要求】
1.一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)，其特征在于，它由機械結構部分、動力部分、下位機控制部分和上位機檢測部組成； 機械結構部分:可以把人體整個包括進去，為動力部分提供可靠的結構； 動力部分:為二維云臺及投影提供運動，進行掃描； 下位機控制部分:對攝像機采集到的圖像進行存儲和處理等； 上位機檢測部分:對下位機實時處理情況的檢測及顯示； 動力部分提供云臺掃描的運動，云臺帶動攝像機，通過控制系統(tǒng)控制，帶動攝像機掃描，然后進行存儲和處理，最后在上位機顯示結果。
2.根據權利要求1所述的一種高解析度的人體局部三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述機械部分采用步進電機帶動攝像頭進行測量路徑的精確運動，步進電機與機械結構能夠滿足測量的機械精度需求，通過步進電機伺服控制器能夠對步進電機的步進尺度進行精確控制，攝像頭時時拍攝待測圖像，將數據通過DCMI總線進行傳輸至核心處理器進行計算，待測算出結果后，將通過串行通信總線`傳輸至上位機中進行顯示。
【文檔編號】A61B5/00GK103876710SQ201410051648
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】錢晨 申請人:錢晨