三维人体测量设备的制作方法

本实用新型涉及光学测量领域，特别是涉及一种三维人体测量设备。

背景技术：

随着网络购物、私人定制时代的来临，由传统的实体店试穿-购买模式逐渐会向网络试穿/私人定制-购买模式转型。人体三维模型的创建是实现网络试衣以及私人定制的前提，精确地获取人体净模型有助于实现衣服尺寸搭配的准确性，同时利用人体净模型可以一次性获取人体数百项表征人体外观的特征属性，从而可被用来实现衣物的私人定制化服务。

另外，现在的三维人体扫描需要按照一定的步骤顺序执行，被测量者一般需要控制测量设备工作人员与被测量者的配合才能完成，期间，工作人员告知被测量者在三维人体测量设备中需要做出的动作或姿势，被测量者按照告知的内容执行，这种测量流程会影响三维人体扫描的扫描效率，应用环境局限，智能化程度不高。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提出一种三维人体测量设备，以解决上述现有技术存在的三维人体测量过程中无法单人测量的技术问题。

为此，本实用新型提出一种三维人体测量设备，包括用于实时体感测量的第一深度相机和非实时体感测量的多个第二深度相机；多个所述第二深度相机被数量等分地设置在多个支架上，多个所述支架在所述设备的中心围合形成测量区域；所述第一深度相机和所述第二深度相机与计算设备相连；第一深度相机实时获取所述测量区域中人体的深度图像用于激活所述计算设备和第二深度相机从待测量状态进入测量状态；多个所述第二深度相机用于获取所述测量区域中人体各部分的深度图像，在所述计算设备中将接收到的深度图像进行融合后得到完整的人体三维模型。

优选地，所述第一深度相机在多个所述第二深度相机中选取，其中，选取的个数满足：通过第二深度相机获取的局部深度图像融合后能构建出人体的骨架模型。

优选地，所述第一深度相机的测量视角大于所述第二深度相机的测量视角，其中，测量视角满足：通过第一深度相机获取的局部深度图像能构建出人体的骨架模型。

优选地，还包括在测量区域底部设置的用于人体站立的底座，所述底座上设有体重计。

优选地，多个所述第二深度相机按照预先设定的顺序获取时间序列上的人体各部分深度图像。

优选地，还包括连接器，所述第一深度相机和所述第二深度相机均通过所述连接器与所述计算设备连接。

优选地，所述第一深度相机和第二深度相机通过USB接口向所述计算设备输出数据。

优选地，所述第一深度相机和第二深度相机通过无线网络向所述计算设备输出数据。

优选地，所述支架相邻两个之间的距离不超过2米。

优选地，多个所述支架为4个，所述支架环绕设置在所述测量区域四周；所述第二深度相机为16个，所述支架上设有4个第二深度相机。

本实用新型与现有技术对比的有益效果包括：本实用新型设置有两种深度相机(第一深度相机和第二深度相机)，以实现通过手势或动作指令来控制整个三维人体测量设备状态的转换，相比于现有技术而言，本克服了由于三维人体测量需要按照预定的流程进行操作，过程繁琐，且需要工作人员配合才能完成整个三维人体测量设备的控制的缺点，扫描效率高，应用环境更广，智能化程度更高。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式三维人体测量设备结构示意图。

图2是本实用新型具体实施方式第二深度相机的采集时间序列一(其中，横线代表时间轴，T1～T16代表的为时间点，D1～D16代表的是第二深度相机，图中一个时间点有一个第二深度相机工作)。

图3是本实用新型具体实施方式第二深度相机的采集时间序列二(其中，横线代表时间轴，T1～T16代表的为时间点，D1～D16代表的是第二深度相机，图中一个时间点有两个不相邻的第二深度相机工作)。

图4是本实用新型具体实施方式第二深度相机的采集时间序列三(其中，横线代表时间轴，T1～T16代表的为时间点，D1～D16代表的是第二深度相机，图中一个时间点有四个不相邻的第二深度相机工作)。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

本实施例中提供了一种三维人体测量设备，包括用于实时体感测量的第一深度相机和非实时体感测量的多个第二深度相机2，其中实时体感测量指的是可实时的对测量区域中的人体出现的激活指令进行测量，非实时测量是在第一深度相机识别检测出测量区域中出现的激活指令后，才进行深度图像的测量，除此之外，不进行测量；多个第二深度相机2被数量等分地设置在多个支架1上，多个支架1在设备的中心围合形成测量区域3；第一深度相机和第二深度相机2与计算设备5相连；第一深度相机实时获取测量区域中人体的深度图像用于激活计算设备5和第二深度相机2从待测量状态进入测量状态；多个第二深度相机2用于获取测量区域中人体各部分的深度图像，在计算设备中将接收到的深度图像进行融合后得到完整的人体三维模型；本实施例的三维人体测量设备，设置有两种深度相机，以实现手势或动作指令来控制整个三维人体测量设备状态的转换，相比于现有技术而言，本实施例克服了由于三维人体测量需要按照预定的流程进行操作，过程繁琐，且需要工作人员配合才能完成整个三维人体测量设备的控制的缺点。

本实施例中，多个支架为4个，支架环绕设置在测量区域四周；第二深度相机为16个，支架上设有4个第二深度相机，其中，支架的数量以及第二深度相机的布置也可以根据具体的被测物体大小以及精度要求进行特殊设置；一般地，支架数量以及第二深度相机的数量会随着被测物体增大及精度要求增高而变多；第二深度相机的布置以能覆盖人体所有部位为准。一般地相邻两个第二深度相机之间需要有些许重叠，以便于后续的点云融合。这里的相邻指的是上下左右四个方位上的相邻，为了便于说明，对支架及第二深度相机进行编号。支架按顺时针编号为A、B、C、D，第二深度相机按支架顺序同时按从上至下编号为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16。对于D2而言，其上下左右相邻的第二深度相机分别为D1、D3、D6、D14。

为了消除同一时间点相邻的深度相机之间存在的重叠干扰的影响，多个第二深度相机按照预先设定的顺序获取时间序列上的人体各部分深度图像，本实施例可以根据实际情况选择不同的时间序列，列举如下：

如图2所示，将所有的相机依次打开，在每个时刻对应的深度相机仅执行一次测量，随后便关闭(这里的关闭可以是关闭整个深度相机，也可以是仅关闭深度相机中的结构光投影模组)；

如图3所示，所示的是在每一时刻打开同一支架上不相邻的两个深度相机；

如图4所示，所示的是在每一时刻打开对面支架上不相邻的共4个深度相机。

本实施例中，多个第二深度相机获取多幅局部深度图像后，计算设备执行如下操作：

背景分割

在获取到人体各个部分的RGBD图像后，由于图像中还包含有背景，因此首先要进行背景分割，仅保留人体部分的图像。

相机标定

将所有的第二深度相机进行统一的标定。标定之后将所有的第二深度相机的坐标系进行统一化，以便于后续的图像融合。

标定的方式可以两两之间进行标定，也可以以其中一个为标准，其他第二深度相机与标准相机进行标定。在本实施例中，采用先两两标定的方式，最后将标定结果进行计算以统一到同一个坐标系下。

深度图像融合

深度图像融合，即注册，是将人体各个部分的图像进行注册后形成一个完整的人体图像。注册算法目前有刚性注册以及非刚性注册。考虑到本实施例所有第二深度相机的图像采集任务是在一个很短的时间内完成的，在这个时间内人体可以看成是刚性的静止物体，因此通过上面步骤中的第二深度相机标定后，选择一个基准坐标系，将所有图像通过刚性坐标变换后就可以将所有的图像融合成一个整体的三维人体图像。

另一方面，相机标定存在误差，因此直接通过标定得到的参数矩阵进行融合的结果有时并不理想。一般地，将相机标定得到的融合结果看成是初步的粗注册，还需要进行细注册。常用的注册算法为最近点迭代算法(ICP)，即通过找到相邻图像的重叠对应点，以对应点之间的距离做为能量函数，以迭代的方式计算出刚性变换矩阵以使得能量函数达到最小。经过ICP算法融合后的图像将会拥有更高的精度。

由于人体图像融合涉及到一个回环问题，即支架1——支架2——支架3——支架4——支架1上深度相机的图像相互之间进行融合。要想得到精确的人体三维图像还需要进行回环检测以避免两两融合产生的误差积累。

当深度图像融合完成之后，若需要进行RGB图像融合，即将各个像素上对应的RGB信息填充上去即可。

本实施例针对一些特定的应用需要获取被测量用户在不同姿势下的三维人体模型，一般地双手及双脚稍张开时姿势下的模型可以比较全面地获取人体各个部位的尺寸信息。在测量时，已有方法是当人体准备好相应的姿势后，由工作人员激活深度相机从而进行测量。在本实施例中，无需工作人员也能完成相应姿势下的自动测量。

为了达到自动测量的目的，可以预设一个激活的姿势指令，比如举手的姿势或挥手的动作。具体地，当用户进入站立区域后，通过举手的姿势，该姿势被其中第一深度相机采集后由计算机进行识别，当识别到该姿势后，激活第二深度相机，在预定的时间(比如2秒)后进行扫描，在该预定的时间内人体还原到需要测量的姿势下，从而被所有第二深度相机获取身体各部分的图像并融合成最终的三维人体模型。

通过施加上述的激活功能，可以使得本实施例的三维人体测量系统具有单人操作功能，以节省人力成本。

本实施例中，第一深度相机在多个第二深度相机中选取，由于对激活姿势或动作的识别采用骨架模型进行激活姿势或动作的识别，以减小计算量，所以选取的个数满足：通过第二深度相机获取的局部深度图像融合后能构建出人体的骨架模型。由于第二深度相机获取的对象人体各部分局部的深度图像。

另外，在另一实施例中，第一深度相机不是第二深度相机中选取的。此时，第一深度相机的测量视角大于第二深度相机的测量视角，同时，测量视角应满足：通过第一深度相机获取的局部深度图像能构建出人体的骨架模型。

本实施例中，对于人体三维测量而言，测量区域不宜过大，支架应布置在人体的四个方位，一般地，将支架布置在正方形或长方形的四个角上，支架以立柱的形式竖立在测量区域四周，支架相邻两个之间的距离不超过2米，太近会导致深度相机测量视角小，需要增多深度相机的数量，成本较高，太远则会使得深度相机的精度降低、点云数量减少，导致最终的三维人体数据精度低、点云稀疏；在测量区域底部设置有用于人体站立的底座，并在底座上设有体重计。

本实施例中，还包括连接器，第一深度相机和第二深度相机均通过连接器与计算设备连接，当然，还可以通过其他方式进行连接，例如：USB接口、无线网络等；由于本实施例的深度相机数量较多，为了满足数据传输的效率，则通过连接器实现数据的连接，该连接器一端与各个深度相机相连，另一端与计算设备相连，具有接口多，扩展性能好，连接器可以采用USB HUB，即将一个USB接口扩展成多个USB接口，这种方式仅在USB接口数量上进行了扩展，但单个USB接口的传输速度却受到了限制，若由一个USB扩展成4个USB接口后，扩展后的USB数据传输速度变成单个标准USB接口数据传输速度的1/4。为此本实施例采用PCIE转USB扩展卡，这种方式可以同时兼顾USB接口数量上的扩展，同时不会降低单个USB接口的数据传输速度。无线网络可实现云端的数据处理，增强数据的处理能力。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本实用新型的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本实用新型的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本实用新型的教义，而不会脱离在此描述的本实用新型中心概念。所以，本实用新型不受限于在此披露的特定实施例，但本实用新型可能还包括属于本实用新型范围的所有实施例及其等同物。