激光三维脚型扫描装置的制作方法

本申请涉及三维图像处理领域，具体而言，涉及一种激光三维脚型扫描装置。

背景技术：

随着消费水平的不断提高，运动健康观念的日渐普及。人们对皮鞋、运动鞋的定制化需求，越来越显著。由于传统的手工测量脚型，过于依赖测量人员的个人经验和技术水平，另外效率太低、成果过高等因素，制约着定制鞋子的产品成本。

发明人发现，在一些处理技术中常见的有深度传感器、结构光扫描仪。其中深度传感器技术方案简单、造价低，直接采用以微软体感装置Kinect为代表的批量化模组即可，而且有现成的SDK接口可供调用，开发过程简单，但缺点是精度低，无法满足对精度有明确要求的鞋服合体定制。此外，结构光扫描仪技术方案简单，采用现成的模组进行拼装即可，但投影仪的成本高，同时白光对黑色敏感，容易产生数据空洞和缺失。

针对相关技术中扫描装置测量精度较低且数据完整性较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种激光三维脚型扫描装置，以解决扫描装置测量精度较低且数据完整性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种激光三维脚型扫描装置。

根据本申请的激光三维脚型扫描装置包括：底座壳体以及设置在底座壳体内的固定支架和移动导轨，所述固定支架上安装有光栅信号发生器和光学信号采集装置，所述固定支架沿所述移动导轨在所述底座壳体内往复运动。

进一步地，所述光栅信号发生器包括：4个。

进一步地，所述光学信号采集装置包括：4个。

进一步地，装置还包括：驱动电机和传动器，所述固定支架固定于所述移动导轨上，所述驱动电机与所述传动器相连，所述驱动电机用于通过驱动所述传动器带动所述固定支架沿所述移动导轨移动，其中，所述固定支架上安装有所述信号收发装置，所述双脚扫描位置范围是从双脚脚后跟移动到双脚脚尖的位置。

进一步地，所述传动器包括：同步带传动或者丝杠传动。

进一步地，装置还包括：外置电脑主机。

进一步地，所述光栅信号发生器和所述光学信号采集装置之间的测量角度可在60度至120度之间调整。

进一步地，所述底座壳体包括：左右脚站立面。

进一步地，所述左右脚站立面为透明玻璃面。

进一步地，所述光学信号采集装置包括：光学摄像头。

在本申请实施例中，采用底座壳体以及设置在底座壳体内的固定支架和移动导轨，所述固定支架上安装有光栅信号发生器和光学信号采集装置的方式，通过所述固定支架沿所述移动导轨在所述底座壳体内往复运动，达到了非接触式激光三维扫描的目的，从而实现了准确、迅速扫描数据并生成三维足部模型的的技术效果，进而解决了扫描装置测量精度较低且数据完整性较差的的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请第一实施例的激光三维脚型扫描装置结构示意图；

图2是根据本申请第二实施例的激光三维脚型扫描装置结构示意图；以及

图3是根据本申请第三实施例的激光三维脚型扫描装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请采用的激光三维脚型扫描装置，精度高、成本低、数据完整。从而能够替代传统的手工测量脚型，可以迅速、精准的对人脚底的3D数据采集，并生成虚拟拓扑三维模型。

本申请的激光三维脚型扫描装置，是通过两组光学发射和采集装置，同时采集双足的三维数据，转化成数据拓扑模型的装置。通过两套独立的光学发射和采集装置，位于受测者脚底部，通过往复扫描获得点位参数，再结合独立开发的软件系统和算法，形成一套完整的光学扫描系统解决方案。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请的实施例中提供了激光三维脚型扫描装置，包括：底座壳体100以及设置在底座壳体100内的固定支架和移动导轨，所述固定支架上安装有光栅信号发生器和光学信号采集装置，所述固定支架沿所述移动导轨在所述底座壳体内往复运动。

具体地，在测量过程中驱动电机通过传动器带动固定支架沿着移动导轨的轨道进行移动。光学装置在运动中、从脚后跟移动到脚尖的位置。能够实现快速简便的人体双脚数字扫描，获取双脚表面数据点云的三维信息，并且快速的将点云数据进行三维几何建模，完成整个数据采集过程。也可通过三维几何模型与受测者脚部的表面色彩及纹理数据实现彩色的双脚三维模型生成。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用底座壳体以及设置在底座壳体内的固定支架和移动导轨，所述固定支架上安装有光栅信号发生器和光学信号采集装置的方式，通过所述固定支架沿所述移动导轨在所述底座壳体内往复运动，达到了非接触式激光三维扫描的目的，从而实现了准确、迅速扫描数据并生成三维足部模型的的技术效果，进而解决了扫描装置测量精度较低且数据完整性较差的的技术问题。

优选地，所述光栅信号发生器包括：4个。优选地，所述光学信号采集装置包括：4个。光学信号采集装置和光栅信号发生器被固定在固定支架上，同样的发射器和采集器分别配对使用。由于脚的遮挡，光学信号采集装置只能接收到光栅信号发生器发出的信号，而不会接收到光学信号采集装置的信号。这样使得光学信号采集装置和光栅信号发生器1组成了一套信号收发装置。通过光学方式测量，无需进行接触式测量。整个测量过程舒适、快速、精准。

进一步，在运动的过程中光学信号采集装置和光栅信号发生器相对位置不会产生变化，但是参照被测对象的绝对位置已经移动。使得移动过程中的测量数据同步的输出至数据采集卡，并且结合现有相关软件程序和算法进行数据的软件建模，生成三维足部模型，实现整个脚的数据采集过程。

需要注意的是，光栅信号发射器和光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在水平移动导轨的前后活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行前后往复运动，可实现从受测对象的脚跟移动到脚尖的位置。

优选地，在一些实施例中，扫描装置还包括：驱动电机和传动器，所述固定支架固定于所述移动导轨上，所述驱动电机与所述传动器相连，所述驱动电机用于通过驱动所述传动器带动所述固定支架沿所述移动导轨移动，其中，所述固定支架上安装有所述信号收发装置，所述双脚扫描位置范围是从双脚脚后跟移动到双脚脚尖的位置。所述传动器包括：同步带传动或者丝杠传动。用以提供传动力。

优选地，扫描装置还包括：外置电脑主机。需要配合外置电脑主机进行数据运算，可以增加外置电脑主机集成到三维扫描仪内部。

优选地，所述光栅信号发生器和所述光学信号采集装置之间的测量角度可在60度至120度之间调整。需要注意的是，为让结构更加紧凑，可以通过改变光栅信号发生器和光学信号采集装置的的角度，并且测量角度在90度±30度之间调整，将仍在本实施例的保护范围内。

优选地，所述底座壳体包括：左右脚站立面101。所述左右脚站立面101为透明玻璃面。具体地，两个信号发生器配合各自的信号采集装置，组成一套信号收发装置，负责左脚的数据采集，同理另一分组成的另一套信号收发装置，负责右脚的数据采集。两组可以成对使用。发生器的光线呈散射状态，覆盖脚底板和脚的一侧面。两个发生器相互补充可以完成全脚的数据采集。左右脚站立面101可以用于反射发射器的光学信号。

优选地，所述光学信号采集装置包括：光学摄像头。光栅信号发射器和光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在水平移动导轨的前后活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行前后往复运动，可实现从受测对象的脚跟移动到脚尖的位置。

本申请中的激光三维脚型扫描装置，可适用于三维双脚扫描仪，通过多套光学数据捕捉组件，采集激光光栅发射器投射出的光学信号，获得人体双脚三维数据，转化成几何拓扑模型的系统装置。

进一步，通过两套独立的光学发射和采集装置，分别位于被测脚型的左右，形成一套完整的光学扫描系统装置。光栅信号发射器和光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在水平移动导轨的前后活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行前后往复运动，可实现从受测对象的脚跟移动到脚尖的位置。

以下结合附图2和3对本申请激光三维脚型扫描装置的工作原理和有益效果进行详细说明。

本激光三维脚型扫描装置是一套完整的光机电设备，配合独立开发的软件和算法技术。能够实现快速简便的人体双脚脚型数字扫描，获取双脚表面数据点云的三维信息，并且快速的将点云数据进行三维几何建模，完成整个数据采集过程。也可通过三维几何模型与受测者的表面色彩及纹理数据实现彩色的三维模型生成。

在激光三维脚型扫描装置主要包含以下组件：

光栅信号发生器1，本申请实施例中一共两组，四个光栅信号发生器(1，2，3，4)。其中，图2中的1和2为测量左脚的发生器。同理3和4为测量右脚的发生器。

光学信号采集装置5，如图2中所述光学信号采集装置5可以是光学摄像头。其中，图2本申请实施例中一共两组，四个信号采集装置。通过采集光栅信号发生器照射在足部的三维点位数据，再转化为数字信号。具体操作是，本测量仪器无需受测者佩戴定位标识，可在穿着袜子的情况下，即可快速、非接触的进行双脚脚型数据建模。光学测量方式的优势是，速度快、精度高，测量过程不易出错、发出的光栅信号肉眼不可见，没有刺激性光源，对人体无害，无需闭眼即可测量。与传统的相机采集图像、贴图建模的方式不同，本设备是通过数据点云的测量方式，直接生成模型，模型的质量更高，精度更加准确。

固定支架8，用于作为光学装置的固定载体，起固定光栅信号发生器和光学信号采集装置的固定支架，使得光学信号能以固定的角度进行扫描。

传动器10，通过传动器10进行传动。传动器10可以选用同步带或者丝杠传动，均在本申请保护范围内。

驱动电机7，通过纵向移动指令通过传动器10将固定支架8联动，实现光学装置的纵向往复移动，从而实现全脚的扫描。

移动导轨9，用于作为纵向移动导轨，约束固定支架8的运动轨道。

具体地，被测量对象，站立在如图2所示的扫描机器上，被测试人员的的脚底与测试设备的测试面垂直。由设备操作员开始，主控电路板给电机驱动板发出命令，测试开始光栅信号发生器和光学信号采集装置同时开始工作。测量过程中驱动电机7通过传动器10带动固定支架8沿着移动导轨9的轨道进行移动。光学装置在运动中、从脚后跟移动到脚尖的位置。驱动机械部分紧凑，性能可靠，体积小巧，总成本低。

如图2所示，固定支架8的运动前后位置被传动器10所限定，前后往复运动被限定于同步带的区域范围之内。固定支架8的左右运动被移动导轨9限定在范围之内，其相对限定位置决定了扫描的范围。

光学信号采集装置5和光栅信号发生器1被固定在固定支架8上，同样的发射器和采集器分别配对使用。由于脚的遮挡，光学信号采集装置5只能接收到光栅信号发生器1发出的信号，而不会接收到光学信号采集装置5的信号。这样使得光学信号采集装置5和光栅信号发生器1组成了一套信号收发装置。通过光学方式测量，无需进行接触式测量。整个测量过程舒适、快速、精准。

进一步，在运动的过程中光学信号采集装置5和光栅信号发生器1相对位置不会产生变化，但是参照被测对象的绝对位置已经移动。使得移动过程中的测量数据同步的输出至数据采集卡，并且结合现有相关软件程序和算法进行数据的软件建模，生成三维足部模型，实现整个脚的数据采集过程。

如图3所示，本申请一共两组光学装置，四个光栅信号发生器，其中1和2为测量左脚的发生器。同理3和4为测量右脚的发生器。四个信号采集装置。通过采集光栅信号发生器照射在足部的三维点位数据，再转化为数字信号。此外，驱动电机通过传动器10将固定支架8联动，实现光学装置的纵向往复移动，从而实现全脚的扫描。

当被测试人员的的脚底与测试设备的测试面垂直。主控电路板给电机驱动板发出命令，测试开始光栅信号发生器1和光学信号采集装置5同时开始工作。测量过程中驱动电机7通过传动器10带动固定支架8沿着移动导轨9的轨道进行移动。光学装置在运动中、从脚后跟移动到脚尖的位置。

固定支架8的运动前后位置被传动器10所限定，前后往复运动被限定于同步带的区域范围之内。如图3所示固定支架8的左右运动被移动导轨9限定在范围之内。三者的相对限定位置决定了扫描的范围。

光学信号采集装置5和光栅信号发生器1被固定在固定支架8上，同样的发射器和采集器分别配对使用。由于脚的遮挡，光学信号采集装置5只能接收到光栅信号发生器1发出的信号，而不会接收到光学信号采集装置5的信号。这样使得光学信号采集装置5和光栅信号发生器1组成了一套信号收发装置。

在运动的过程中，光学信号采集装置5和光栅信号发生器1相对位置不会产生变化，但是参照被测对象的绝对位置已经移动。使得移动过程中的测量数据同步的输出至数据采集卡，并且结合软件和算法进行数据的软件建模，生成三维足部模型，实现整个脚的数据采集过程。

为适用不同的工作场景及精度要求，可以改变光栅信号发生器1和光学信号采集装置5的放置位置。

光栅信号发生器1负责左脚的左侧；光栅信号发生器2负责左脚的右侧，两个信号发生器配合各自的信号采集装置，组成一套信号收发装置，负责左脚的数据采集，同理3、4组成的另一套信号收发装置，负责右脚的数据采集。两组必须成对使用。发生器的光线呈散射状态，覆盖脚底板和脚的一侧面。两个发生器相互补充可以完成全脚的数据采集。

需要配合外置电脑主机进行数据运算，可以增加外置电脑主机集成到三维扫描仪内部。

光栅信号发生器1和光学信号采集装置5目前固定在同一个位置，未来可能将发射器、图像采集装置安装在在不同的位置，仍在本发明专利的要求保护范围内。

为让结构更加紧凑，可以改变光栅信号发生器1和光学信号采集装置5的的角度，并且测量角度在90度±30度之间调整。

上述的人体三维双脚扫描仪，通过多套光学数据捕捉组件，采集激光光栅发射器投射出的光学信号，获得人体双脚三维数据，转化成几何拓扑模型的系统装置。应用两套独立的光学发射和采集装置，分别位于被测脚型的左右，形成一套完整的光学扫描系统装置。光栅信号发射器和光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在水平移动导轨的前后活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行前后往复运动，可实现从受测对象的脚跟移动到脚尖的位置。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。