序列圖像三維建模方法
【專利摘要】一種序列圖像三維建模方法，包括：將套有具有紋理的襪子的被測量腳部置于測量墊上，所述測量墊上設(shè)有陣列排布的標(biāo)記單元；將攝影設(shè)備環(huán)繞被測量腳部外圍一周并獲取被測量腳部的360度的圖像；將圖像傳輸至計算機(jī)進(jìn)行三維建模，得到腳部三維模型。本發(fā)明只需通過普通的攝像設(shè)備，例如手機(jī)即可完成三維建模過程，而不需要專門的相機(jī)或三維相機(jī)等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，因此操作方便，并且成本低；采用密集匹配的思路進(jìn)行三維建模，縮短了整個建模過程的時間，效率高，節(jié)約了時間成本。
【專利說明】
序列圖像三維建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種序列圖像三維建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 購買鞋子的方式大致分為兩種，一種是線下方式，另一種是線上方式。但無論采用 哪一種方式都存在缺陷，具體是：線下方式主要表現(xiàn)為顧客到實(shí)體店去挑選款式并試穿鞋 子，在試穿的過程中通常會花費(fèi)很長時間，十分不方便;線上方式主要表現(xiàn)為顧客在網(wǎng)店挑 選款式后根據(jù)自己測量的尺碼去選擇碼數(shù)，但是每個廠家生產(chǎn)的鞋子碼數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，往 往造成標(biāo)出的碼數(shù)與顧客測量的碼數(shù)不一致，顧客收貨后試穿鞋子，若不合適還需進(jìn)入退 貨或換貨的程序，給顧客帶來不便。同時，不管是線上還是線下購買，鞋子的碼數(shù)大小只由 鞋子長度來決定，忽略了其他如弓型等重要的數(shù)據(jù)，這就造成顧客無法僅僅根據(jù)鞋子碼數(shù) 就能正確選擇適合自己腳型的鞋子。
[0003] 對此，市面上出現(xiàn)一些改進(jìn)的產(chǎn)品比如公開號為1544883的中國專利文獻(xiàn)公開了 一種基于特定網(wǎng)格圖案的三維腳型測量和建模的方法。它用印有網(wǎng)格的襪子穿在人的腳 上，然后通過多個數(shù)碼攝像設(shè)備或者攝像機(jī)同時拍攝，確保每個網(wǎng)格的角點(diǎn)被至少兩個數(shù) 碼攝像設(shè)備或者攝像機(jī)拍到，然后基于立體視覺和光學(xué)成像的原理，恢復(fù)出所有網(wǎng)格角點(diǎn) 的三維位置;在此基礎(chǔ)上，利用這些恢復(fù)出的角點(diǎn)的三維位置，重新擬合出覆蓋在人腳上的 三維網(wǎng)格，最后根據(jù)三維網(wǎng)格對標(biāo)準(zhǔn)腳的空間位置約束，通過變形建模方法，建立特定的三 維腳型的模型，并計算出腳型的參數(shù)。雖然該方案可操作性強(qiáng)，而且實(shí)現(xiàn)成本低，利于推廣 使用。但是需要使用兩部或兩部以上的攝像設(shè)備或攝像機(jī)，且計算機(jī)系統(tǒng)需要恢復(fù)出所有 網(wǎng)格角點(diǎn)的三維位置，算法復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量較大，所花費(fèi)的時間較長，增加了時間成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種具有測量過程簡單、方便和測量效率高的優(yōu) 點(diǎn)的序列圖像三維建模方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種序列圖像三維建模方法，包括： 套有具有紋理的襪子的被測量腳部置于測量墊上，所述測量墊上設(shè)有陣列排布的標(biāo)記 單元;將攝像設(shè)備環(huán)繞被測量腳部外圍一周并獲取被測量腳部的360度的圖像;將圖像傳輸 至計算機(jī)進(jìn)行三維建模，得到腳部三維模型。
[0006] 進(jìn)一步地，所述三維建模包括以下步驟： 51、 對每一幅圖像進(jìn)行處理，定位并檢測圖像中的標(biāo)記單元，獲取標(biāo)記單元中心點(diǎn)的圖 像位置信息，獲取到的第i幅圖像中標(biāo)記單元中心點(diǎn)點(diǎn)集記為Pi; 52、 對相鄰兩幅圖像中獲取到的點(diǎn)集Pi與Pi+Ι進(jìn)行匹配，找到同名點(diǎn)對，并建立一一對 應(yīng)關(guān)系，利用同名點(diǎn)對間的對應(yīng)關(guān)系，解算攝像設(shè)備的內(nèi)參，和攝像設(shè)備在拍攝兩相鄰圖像 時的相對位置參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣T，所述內(nèi)參包括像主點(diǎn)位置(c X，cy)以及攝像設(shè) 備焦距(fx，fy)，解算公式為
(X，Y，Z是點(diǎn)集P i與P i+1中找出的同名點(diǎn)對在三維空間中的坐標(biāo);U，V是相應(yīng)同名點(diǎn)在 各自圖像上對應(yīng)點(diǎn)的像素坐標(biāo)為所需求解的旋轉(zhuǎn)矩陣R的九個分量，_^_為 平移矩陣T的三個分量，S表示圖像中一個圖像像素對應(yīng)三維空間中的實(shí)際長度）； 53、 利用所述內(nèi)參與相鄰圖像獲取時攝像設(shè)備的相對位置參數(shù)R，T矩陣，對兩幅相鄰圖 像進(jìn)行校正，并將第i+Ι副圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，平移轉(zhuǎn)換至同第i幅圖像在同一個坐標(biāo)系下； 54、 采用局域匹配算法進(jìn)行相鄰圖像間的密集匹配，對第i幅圖像中的任意一點(diǎn)，以該 點(diǎn)為中心設(shè)定一個n*n(n為奇數(shù))像素大小的窗口，在第i + Ι幅圖像中同一行通過移動窗口 進(jìn)行逐像素掃描，獲取點(diǎn)對，同時計算兩窗口內(nèi)像素間的相似程度，計算公式為
{I(u，v)表示圖像上坐標(biāo)為(u，V)的像素的灰度值，d表示窗口移動的像素個數(shù)}，當(dāng)差 異值Diff滿足預(yù)設(shè)定的閾值T時，認(rèn)為第i幅圖像中像素點(diǎn)(u，v)同第i+Ι幅圖中像素點(diǎn)(u+ d，v)完成匹配，此時記錄該匹配點(diǎn)對間的像素坐標(biāo)差d; 55、 對每一個獲取到的所述點(diǎn)對，通過像素坐標(biāo)差可計算出該點(diǎn)在三維空間中的深度 Z，計算公式：
(f為攝像設(shè)爸焦跑，T為第i+Ι幅圖像經(jīng)旋轉(zhuǎn)至第i幅圖像拍攝時以攝像設(shè)備鏡頭中心 點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下時，第i+Ι幅圖像位置的攝像設(shè)備的中心到原點(diǎn)的距離，d=x i-X i+1); 56、 根據(jù)相似性原理，計算出每個點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)，得到圖像上各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)(X，Y， Ζ)，完成相鄰兩幅圖像的局部三維點(diǎn)云重建； 57、 將所有相鄰圖像進(jìn)行S1-S6操作，將各局部點(diǎn)云集合起來獲得目標(biāo)的完整點(diǎn)集，利 用delaunay三角化方法將無序點(diǎn)集生成規(guī)則幾何面片，完成三維模型建模。
[0007] 進(jìn)一步地，所述攝像設(shè)備獲取腳部的圖像至少30張，且相鄰時間獲取的兩張圖像 具有至少40%的重疊區(qū)域。
[0008] 進(jìn)一步地，所述標(biāo)記單元上設(shè)有指定記號。
[0009] 進(jìn)一步地，所述指定記號是二維碼或條形碼。
[0010] 進(jìn)一步地，所述攝像設(shè)備是普通相機(jī)或立體相機(jī)或手機(jī)。
[0011] 進(jìn)一步地，所述測量墊是紙片或塑料片或木片。
[0012] 本發(fā)明只需通過普通的攝像設(shè)備，例如手機(jī)即可完成三維建模過程，而不需要專 門的相機(jī)或三維相機(jī)等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，因此操作方便，并且成本低;采用密集匹配的思 路進(jìn)行三維建模，縮短了整個建模過程的時間，效率高，節(jié)約了時間成本。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖。
[0014] 圖2為圖1中三維建模的方法流程示意圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明的使用過程狀態(tài)示意圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明中S5的算法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0018] 請參見圖1和圖2,圖1和圖2揭示了一種序列圖像三維建模方法，具體步驟包括： 步驟101、套有具有紋理的襪子的被測量腳部置于測量墊上（如圖3)，所述測量墊上設(shè) 有陣列排布的標(biāo)記單元，將攝像設(shè)備環(huán)繞被測量腳部外圍一周并獲取被測量腳部的360度 的圖像。所述攝像設(shè)備獲取腳部的圖像至少30張，且相鄰時間獲取的兩張圖像具有至少40% 的重疊區(qū)域，以確保數(shù)據(jù)處理的精確性。
[0019] 其中，所述標(biāo)記單元上設(shè)有指定記號。所述指定記號可以是二維碼或條形碼。也可 以標(biāo)上數(shù)字或圖案的記號，還可以使整張所述測量墊呈棋盤圖像，只要使標(biāo)記單元具有特 征，能夠通過檢測得到標(biāo)記單元的位置即可，此時所述標(biāo)記單元的中心點(diǎn)可作為特征點(diǎn)，每 個所述標(biāo)記單元對應(yīng)一個特征點(diǎn)信息。
[0020] 所述攝像設(shè)備是普通相機(jī)或立體相機(jī)或手機(jī)。所述攝像設(shè)備只需要一部，而且對 攝像設(shè)備的要求不高，不需要特制的設(shè)備，平時使用的手機(jī)也可以使用，方便測量者在任何 場地測量。
[0021] 所述測量墊是紙片或塑料片或木片，優(yōu)選地為紙片，通過打印機(jī)可將陣列排布的 標(biāo)記單元打印出來，可供一次性使用，也可長期使用，可根據(jù)需要靈活選擇。采用所述測量 墊可節(jié)約大型測量設(shè)備的采購費(fèi)用，節(jié)約存儲空間，使用時也不需要人工調(diào)整參數(shù)、預(yù)熱等 步驟，方便使用。由于測量墊輕巧、使用方便和成本低的優(yōu)點(diǎn)，不僅可供商店內(nèi)使用，人們在 日常生活中也可以自行測量，通用性較強(qiáng)。
[0022]所述具有紋理的襪子不要求指定的紋理，只要具有紋理即可，目的是提供灰度特 征，以區(qū)別被測量腳部和測量墊上的標(biāo)記單元。
[0023]步驟102、將圖像傳輸至計算機(jī)進(jìn)行三維建模(如圖2): 51、 對每一幅圖像進(jìn)行處理，定位并檢測圖像中的標(biāo)記單元，獲取標(biāo)記單元中心點(diǎn)的圖 像位置信息，獲取到的第i幅圖像中標(biāo)記單元中心點(diǎn)點(diǎn)集記為Pi; 52、 對相鄰兩幅圖像中獲取到的點(diǎn)集Pi與Pi+Ι進(jìn)行匹配，找到同名點(diǎn)對，并建立一一對 應(yīng)關(guān)系，利用同名點(diǎn)對間的對應(yīng)關(guān)系，解算攝像設(shè)備的內(nèi)參，和攝像設(shè)備在拍攝兩相鄰圖像 時的相對位置參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣T，所述內(nèi)參包括像主點(diǎn)位置(c X，cy)以及攝像設(shè) 備焦距(fx，fy)，解算公式為
(X，Y，Z是點(diǎn)集P i與P i+1中找出的同名點(diǎn)對在三維空間中的坐標(biāo);u，V是相應(yīng)同名點(diǎn)在 各自圖像上對應(yīng)點(diǎn)的像素坐標(biāo)，為所需求解的旋轉(zhuǎn)矩陣R的九個分量，_~箱為 平移矩陣T的三個分量，S表示圖像中一個圖像像素對應(yīng)三維空間中的實(shí)際長度）； 53、 利用所述內(nèi)參與相鄰圖像獲取時攝像設(shè)備的相對位置參數(shù)R，T矩陣，對兩幅相鄰圖 像進(jìn)行校正，并將第i+Ι副圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，平移轉(zhuǎn)換至同第i幅圖像在同一個坐標(biāo)系下； 54、 采用局域匹配算法進(jìn)行相鄰圖像間的密集匹配，對第i幅圖像中的任意一點(diǎn)，以該 點(diǎn)為中心設(shè)定一個n*n(n為奇數(shù))像素大小的窗口，在第i + Ι幅圖像中同一行通過移動窗口 進(jìn)行逐像素掃描，獲取點(diǎn)對，同時計算兩窗口內(nèi)像素間的相似程度，計算公式為
{I(u，v)表示圖像上坐標(biāo)為(u，V)的像素的灰度值，d表示窗口移動的像素個數(shù)}，當(dāng)差 異值Diff滿足預(yù)設(shè)定的閾值T時，認(rèn)為第i幅圖像中像素點(diǎn)(u，v)同第i+Ι幅圖中像素點(diǎn)(u+ d，v)完成匹配，此時記錄該匹配點(diǎn)對間的像素坐標(biāo)差d; 55、 請參見圖4,對每一個獲取到的所述點(diǎn)對，通過像素坐標(biāo)差可計算出該點(diǎn)在三維空 間中的深度Z，計算公式：
(f為攝像設(shè)備焦距，T為第i+Ι幅圖像經(jīng)旋轉(zhuǎn)至第i幅圖像拍攝時以攝像設(shè)備鏡頭中心 點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下時，第i+Ι幅圖像位置的攝像設(shè)備的中心到原點(diǎn)的距離，d=X i-X i+1); 56、 根據(jù)相似性原理，計算出每個點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)，得到圖像上各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)(X，Y， Ζ)，完成相鄰兩幅圖像的局部三維點(diǎn)云重建； 57、 將所有相鄰圖像進(jìn)行S1-S6操作，將各局部點(diǎn)云集合起來獲得目標(biāo)的完整點(diǎn)集，利 用delaunay三角化方法將無序點(diǎn)集生成規(guī)則幾何面片，完成三維模型建模。
[0024] 步驟103、得到腳部三維模型。
[0025]本發(fā)明只需通過普通的攝像設(shè)備，例如手機(jī)即可完成三維建模過程，而不需要專 門的相機(jī)或三維相機(jī)等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，因此操作方便，并且成本低;采用密集匹配的思 路進(jìn)行三維建模，縮短了整個建模過程的時間，效率高，節(jié)約了時間成本 顯然，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)， 則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，包括： 將套有具有紋理的襪子的被測量腳部置于測量墊上，所述測量墊上設(shè)有陣列排布的標(biāo) 記單元； 將攝像設(shè)備環(huán)繞被測量腳部外圍一周并獲取被測量腳部的360度的圖像； 將圖像傳輸至計算機(jī)進(jìn)行Ξ維建模，得到腳部Ξ維模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述Ξ維建模包括W下 步驟： 對每一幅圖像進(jìn)行處理，定位并檢測圖像中的標(biāo)記單元，獲取標(biāo)記單元中屯、點(diǎn)的圖像 位置信息，獲取到第i幅圖像中標(biāo)記單元的中屯、點(diǎn)的點(diǎn)集Pi; 對相鄰兩幅圖像中獲取到的點(diǎn)集Pi與點(diǎn)集Pi+1進(jìn)行匹配，找到同名點(diǎn)對，并建立一一 對應(yīng)關(guān)系，利用同名點(diǎn)對間的對應(yīng)關(guān)系，解算攝像設(shè)備的內(nèi)參，和攝像設(shè)備在拍攝兩相鄰圖 像時的相對位置參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣T，所述內(nèi)參包括像主點(diǎn)位置(cx，cy)W及攝像 設(shè)備焦距(fx，fy)，解算公式為α，Υ，Ζ是點(diǎn)集Pi與Pi+1中找出的同名點(diǎn)對在Ξ維空間中的坐標(biāo);u，v是相應(yīng)同名點(diǎn)在 各自圖像上對應(yīng)點(diǎn)的像素坐標(biāo)，勸終％3為所需求解的旋轉(zhuǎn)矩陣R的九個分量，羈卸1為 平移矩陣T的Ξ個分量，S表示圖像中一個圖像像素對應(yīng)Ξ維空間中的實(shí)際長度）； 利用所述內(nèi)參與相鄰圖像獲取時攝像設(shè)備的相對位置參數(shù)R，T矩陣，對兩幅相鄰圖像 進(jìn)行校正，并將第i+1幅圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，平移轉(zhuǎn)換至同第i幅圖像在同一個坐標(biāo)系下； 采用局域匹配算法進(jìn)行相鄰圖像間的密集匹配，對第i幅圖像中的任意一點(diǎn)，W該點(diǎn)為 中屯、設(shè)定一個n*n(n為奇數(shù))像素大小的窗口，在第i+1幅圖像中同一行通過移動窗口進(jìn)行 逐個像素掃描，獲取點(diǎn)對，同時計算兩窗口內(nèi)像素間的相似程度，計算公式為(I(u，v)表示圖像上坐標(biāo)為(U, V)的像素的灰度值，d表示窗口移動的像素個數(shù)}，當(dāng)差 異值Diff滿足預(yù)設(shè)定的闊值T時，認(rèn)為第i幅圖像中像素點(diǎn)(u，v)同第i+1幅圖中像素點(diǎn)(U+ d，v)完成匹配，此時記錄該匹配點(diǎn)對間的像素坐標(biāo)差d; 對每一個獲取到的所述點(diǎn)對，通過像素坐標(biāo)差可計算出該點(diǎn)在Ξ維空間中的深度Z，計 算公式戈(f為攝像設(shè)備焦距，T為第i + 1幅圖像經(jīng)旋轉(zhuǎn)至第i幅圖像拍攝時W攝像設(shè)備鏡頭中屯、 點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下時，第i+1幅圖像位置的攝像設(shè)備的中屯、到原點(diǎn)的距離，d=X 1-X 1+1); 根據(jù)相似性原理，計算出每個點(diǎn)的χ，γ坐標(biāo)，得到圖像上各點(diǎn)的Ξ維空間坐標(biāo)α，γ，ζ)， 完成相鄰兩幅圖像的局部Ξ維點(diǎn)云重建； 將所有相鄰圖像進(jìn)行S1-S6操作，將各局部點(diǎn)云集合起來獲得目標(biāo)的完整點(diǎn)集，利用 delaunayS角化方法將無序點(diǎn)集生成規(guī)則幾何面片，完成Ξ維模型建模。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述攝像設(shè)備獲取腳部 的圖像至少30張。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，相鄰時間獲取的兩 張腳部的圖像具有至少40%的重疊區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述標(biāo)記單元上設(shè)有指 定記號。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述指定記號是二維碼 或條形碼。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述攝像設(shè)備是普通相 機(jī)或立體相機(jī)或手機(jī)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的序列圖像Ξ維建模方法，其特征在于，所述測量墊是紙片或塑 料片或木片。
【文檔編號】G06T17/00GK105844701SQ201610155575
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】吳志龍
【申請人】吳志龍