3D人体扫描数字建模车的制作方法

本发明涉及3d人体扫描领域，特别涉及一种3d人体扫描数字建模车。

背景技术：

三维人体扫描时通过数字转换器、照相机或扫描仪获得与区域图像类似的等高线图，再由模型软件处理转换为空间点，以点数据云显示虚拟模型、关键标志，具有扫描迅速，重现尺寸准确等优点。3d扫描技术在最近二十年间得到了迅猛的发展。3d扫描技术目前成功地运用在了电影行业，以及军事领域，而且在这几个领域已经得到了稳步发展。

一般来说，目前大多数三维人体扫描仪使用光学技术结合光传感器装置，不接触人体来捕获人体表面数据。它由一个或多个光源，一台或多台捕获装置，一套计算机系统以及可以显示采集数据的监视器组成。三维扫描仪的基本类型有激光型、白光型、表面跟踪系统等，但是表面跟踪系统目前不能用于采集人体体型。不论是使用激光还是白光，都需经过以下4个步骤：1)首先被测物被光源照亮并由白光或激光扫描，2)ccd相机探测到被测物反射光，3)通过反射光的表现形式可以计算目标与ccd相机之间的距离，4)使用软件将距离数据转换为三维的表现形式。

目前的3d人体扫描设备由于需要较高精度的装配来满足光学拍摄和追踪的条件，因而往往设备整体的可移动性差，不能够提供可以便携移动的3d人体扫描设备。基于上述问题，需要提供了一种能够实现3d人体扫描数字建模车，其将3d人体扫描数字建模设备集成与车辆上，能够提供一种有利于移动的3d人体扫描数字服务，从而在服装，电影等应用场景中提供更加便利、更加准确的3d人体扫描设备和方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：设备整体的可移动性差，不能够提供可以方便移动的具有高测量准确性的3d人体扫描设备。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种3d人体扫描数字建模车，其包括扫描舱3、数字处理舱4、支撑系统6、车辆动力系统8以及控制模块7；其中，汽车动力系统8安装在建模车底部，该汽车动力系统8连接了控制模块7，该控制模块7可以检测该汽车动力系统是否运转；该扫描舱3中设置了扫描系统5和支撑系统6；支撑系统6用于支撑扫描系统5，支撑系统6连接控制模块7，该控制模块7能够获取支撑系统的倾斜状态，并为扫描系统5以及支撑系统6提供水平状态的物理校正；扫描系统5连接数字处理舱4中的微机，从而进行数字校正以及3d图像合成。

进一步地，扫描系统5中包括多个柱状的扫描设备5-1，扫描设备5-1等距地安装在支撑圆台6-4上表面的圆周上。

进一步地，在多个扫描设备5-1的中心位置设置了旋转台5-3，该旋转台5-3具有平台部分以及位于平台部分下方的旋转支撑部分，该平台部分可以在旋转支撑部分的驱动下，在水平面内作旋转运动。

进一步地，扫描设备5-1具有底座11、安装于底座11上的柱状部分，该柱状部分包括朝向支撑圆台6-4中心摄制的扫描表面，该扫描表面的两侧设置了校正标尺12、升降杆15、光学扫描头13，其中光学扫描头13安装于该升降杆15上，并且能够根据需要进行上下移动。

进一步地，每个光学扫描头13包括一对摄影机14、16，并且上述摄影机14、16连接到数字处理舱4的微机上。

进一步地，在扫描系统5的下方设置了支撑系统6，该支撑系统6包括支撑圆台6-4、多个可伸缩支撑件6-1、多个分别于多个可伸缩支撑件6-1一一对应的微型马达6-3、多个安装于支撑圆台6-4下表面的水平检测元件6-2，水平检测元件6-2连接到控制模块7，控制模块7根据水平检测元件6-2的检测数据独立的控制多个微型马达6-3的旋转输出，从而实现物理补偿。

进一步地，支撑系统6中进一步包括缓冲部件6-5，该缓冲系统为弹簧组件。

一种基于所述的3d人体扫描数字建模车的3d人体扫描数字建模方法，该方法包括：

s1控制模块检测3d人体扫描数字建模车是否处于驾驶状态；

s2如果出于非驾驶状态，判断是否开启物理校正，如果不开启物理校正，则回到步骤s1结束的状态，继续等待是否开启物理校正；

s3如果判断需要开启物理校正，则进行物理校正；

s4检测数字信号偏移量，采用一对摄像头对对面方向的扫描设备5-1两侧的校正标尺12进行拍摄，其拍摄到的条纹图案信号被传送到数字建模舱4中的微机中，该拍摄到的条纹图像与预存的标准条纹图像进行比较，获得偏移值；

s5启动各组摄像头14、16进行扫描，通过一对摄像头对待测试体进行云点数据收集；

s6根据数字信号偏移值校正扫描数据，通过上述偏移值获得补偿后的云点数据坐标；

s7在获得补偿后的云点数据坐标数据后需要对补偿后的云点数据坐标进行配准，以实现三维构图。

s3进一步包括：当开启物理补偿功能时，水平检测元件6-2将数据传送到控制模块7中，通过控制模块7对于上述多个水平检测元件6-2检测数据的融合能够获得检测支撑圆台6-4的倾斜方向和角度；通过控制模块7中的补偿模块计算出支撑圆台6-4需要补偿的方向和角度，控制模块7根据计算出的需要补偿的方向和角度，分别驱动多个微型马达6-3进行旋转从而进一步带动其对应的可伸缩支撑件独立地上下伸缩运动，以实现支撑圆台6-4的水平。

s1进一步包括s11如果处于驾驶状态，开启缓冲状态。

本发明提供的3d人体扫描数字建模车，具有以下有益效果：

(1)提供了一种能够实现3d人体扫描数字建模车，其将3d人体扫描数字建模设备集成与车辆上，能够提供一种有利于移动的3d人体扫描数字服务，从而在服装，电影等应用场景中提供更加便利、更加准确的3d人体扫描设备和方法。

(2)同时采用了物理和数字校正的方式，最大限度的降低了系统误差，提高了扫描的精度，为3d人体扫描设备实现可移动化提供了保证。

(3)配准方式计算量小，计算速度快，鲁棒性好，节约资源，适合在3d人体扫描数字建模车这类移动建模设备中使用。

附图说明

图1为本发明提供的3d人体扫描数字建模车的结构示意图。

图2为本发明提供的3d人体扫描数字建模车的扫描设备的排布方式示意图。

图3为本发明提供的3d人体扫描数字建模车的扫描设备的结构示意图。

图4为基于本发明提供的3d人体扫描数字建模车的3d人体扫描数字建模方法。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提供的3d人体扫描数字建模车，其提供了一种可以移动的3d人体扫描数字设备。该3d人体扫描数字建模车1，包括：驾驶舱2、扫描舱3、数字处理舱4、支撑系统6、车辆动力系统8以及控制模块7。

其中，驾驶舱2用于人员驾驶该3d人体扫描数字建模车，并且驾驶舱2中可以功过驾驶部件控制3d人体扫描数字建模车的车辆动力系统8进行工作。该驾驶舱2的具体结构和对车辆动力系统8的控制，本领域技术人员可以从公知常识中获得，此处不再赘述。

车辆底部安装了汽车动力系统8，该汽车动力系统8可以为本领域常见的电动机或者是燃油气缸，其为汽车提供动力。该汽车动力系统8连接了位于驾驶舱2下部的控制模块7，该控制模块7可以检测该汽车动力系统是否运转，即3d人体扫描数字建模车是否处于驾驶状态，并根据3d人体扫描数字建模车的驾驶状态，对于支撑系统6的状态进行调整，下文会有详细的描述。

在驾驶舱2的后部设置了扫描舱3，该扫描舱3中设置了扫描系统5和支撑系统6。其中，扫描系统5用于对人体进行3d扫描，支撑系统6用于支撑扫描系统5，并为扫描系统5提供安装准确性的物理校正。扫描系统5中包括多个柱状的扫描设备5-1，扫描设备5-1的排布方式如图2所示。扫描设备5-1等距地安装在支撑圆台6-4上表面的圆周上。优选地，可以为4个扫描设备5-1呈间隔90度角度的分布。在多个扫描设备5-1的中心位置设置了旋转台5-3，该旋转台5-3具有平台部分以及位于平台部分下方的旋转支撑部分，该平台部分可以在旋转支撑部分的驱动下，在水平面内作旋转运动。待扫描的被扫描者可以站在该平台部分上以实现360的旋转，从而使得扫描设备5-1接收到更加多角度的信息。

扫描设备5-1的具体结构如图3所示，该扫描设备5-1具有底座11、安装于底座11上的柱状部分，该柱状部分包括朝向支撑圆台6-4中心摄制的扫描表面，该扫描表面的两侧设置了校正标尺12，该校正标尺12为一对图像相同的黑白条纹标尺，用于对于扫描设备图像信号的校正。在柱状部分的中心设置了升降杆15，光学扫描头13安装于该升降杆上，并且能够根据需要进行上下移动。光学扫描头13进行上下移动的条件是根据测试者的高度。该升降杆15可以为丝杠，或者光学扫描头13带有驱动装置并且通过该驱动装置的驱动能够沿着以升降杆15为导轨的路径上上下移动。每组光学扫描头13均包括一对摄像头14、16，并且上述一对摄像头14、16连接到数字处理舱4的微机上，用于数字建模和其他控制(例如，调整扫描头13的位置和数字校正等)。

在扫描系统5的下方设置了支撑系统6，该支撑系统6包括支撑圆台6-4、多个可伸缩支撑件6-1、多个分别与多个可伸缩支撑件6-1一一对应的微型马达6-3、多个安装于支撑圆台6-4下表面的水平检测元件6-2。其中，支撑圆台6-4用于在其上安装包括多个扫描设备5-1和旋转台5-3。多个可伸缩支撑件6-1用于在于其对应的微型马达6-3的带动下独立地进行上下伸缩运动。

具体地，微型马达6-3和可伸缩支撑件6-1配合结构可以为：微型马达6-3的旋转输出端具有带有螺纹结构的丝扣内孔，可伸缩支撑件6-1的外表面具有与丝扣中螺纹结构吻合螺纹。可伸缩支撑件6-1穿过微型马达6-3的丝扣内孔，并且两部分螺纹结构互相咬合。微型马达6-3设置在支撑系统的下支撑板上，当微型马达6-3具有旋转输出时，通过螺纹咬合，带动丝扣内孔中的可伸缩支撑件6-1相对地向上或者向下移动，位于微型马达6-3下方的可伸缩支撑件6-1向下伸出微型马达6-3的部分，通过位于支撑系统的下支撑板上的通孔，向下伸出。

可伸缩支撑元件6-1可以等距的分布在支撑圆台6-4下表面的外边缘处，也可以部分安装在支撑圆台6-4下表面的外边缘处，部分安装于支撑圆台6-4中心的位置。

水平检测元件6-2其用于检测支撑圆台6-4的倾斜角度，其连接到控制模块7，并将测量结果传送到控制模块7；控制模块7根据水平检测元件6-2的检测结果确定支撑圆台6-4的水平倾斜情况并且计算支撑圆台6-4所需的水平补偿值，并分别驱动多个微型马达6-3进行旋转从而进一步带动其对应的可伸缩支撑件独立地上下伸缩运动，从而实现支撑圆台6-4的水平。

控制模块7设置在驾驶舱2下方，并且上述控制模块7分别连接汽车动力系统8、水平检测元件6-2，并且接受汽车动力系统8、水平检测元件6-2的信号，能够检测到汽车动力系统8是否运转以及通过水平检测元件6-2检测支撑圆台6-4的水平状态。此外，控制模块7还分别独立地连接到多个微型马达6-3上，从而根据需要独立控制各个微型马达6-3的旋转输出。

由于3d人体扫描数字建模车在移动过程中会产生颠簸或者震荡等运动，会造成扫描系统中的光学系统造成偏移，从而影响该3d人体扫描系统的检测准确性，因此本发明通过物理补偿和数字补偿两种手段，解决了上述问题，提供了一种检测更加准确的3d人体扫描数字建模车，克服了3d人体扫描系统难以实现移动的问题。

控制模块7与车辆动力系统8连接，控制模块7可以检测车辆动力系统8是否运转，如果车辆动力系统8在运转中则不启动物理补偿功能，如果检测到车辆动力系统8停止运转(即车辆停止)，则开启物理补偿功能。优选地，使得控制模块7开启物理补偿功能的方式也可以是通过在驾驶舱2内的控制按钮来实现或者是通过在驾驶舱2内的控制按钮来最终确定开启。

在支撑圆台6-4的下表面设置多个水平检测元件6-2，上述多个水平检测元件6-2可以为倾角传感器或者陀螺仪。上述多个水平检测元件6-2可以等距的分布在支撑圆台6-4下表面的外边缘处，也可以部分安装在支撑圆台6-4下表面的外边缘处，部分安装于靠近支撑圆台6-4中心的位置。水平检测元件6-2的数量可以为2-6个。多个水平检测元件6-2的输出端连接到控制模块7中。

当开启物理补偿功能时，水平检测元件6-2将数据传送到控制模块7中，通过控制模块7对于上述多个水平检测元件6-2检测数据的融合(例如，可以采用加权平均法或者卡尔曼滤波法)能够获得检测支撑圆台6-4的倾斜方向和角度。通过控制模块7中的补偿模块计算出支撑圆台6-4需要补偿的方向和角度，控制模块7根据计算出的需要补偿的方向和角度，分别驱动多个微型马达6-3进行旋转从而进一步带动其对应的可伸缩支撑件独立地上下伸缩运动，以实现支撑圆台6-4的水平。通过上述物理调节能够使得扫描设备5-1的固定安装表面在扫面时保持水平，降低了扫描设备5-1由于车辆移动造成的位移问题。

作为优选实施例，还可以在支撑系统6中增加缓冲部件6-5，该缓冲系统可以为弹簧组件，从而在移动中更有效地降低支撑圆台6-4的震动，从而避免扫描设备5-1震动。如附图1中中间一个可伸缩支撑元件6-1，其可以进一步包括在可伸缩支撑元件6-1外部嵌套的弹簧部件。当控制模块7检测到车辆动力系统8运转时(即车辆行驶过程中)，控制模块7可以通过调整可伸缩支撑元件6-1的高度来实现设备进入缓冲状态，即控制微型马达6-3旋转从而使得该可伸缩支撑元件6-1的支撑长度(即从微型马达6-3上表面到可伸缩支撑元件6-1顶端的长度)比弹簧的承载状态下的长度短，从而使得弹簧实现缓冲作用。该缓冲部件6-5可以安装于全部的可伸缩支撑元件6-1，也可以安装于部分的可伸缩支撑元件6-1上。

在物理补偿结束后设备进入数字补偿阶段，多个扫描设备5-1分别两两一组位于支撑圆台6-4圆形边缘的一条直径两端。优选地，4个扫描设备5-1呈间隔90度角度沿圆周分布。首先，采用每组扫描设备5-1的一对摄像头14、16对对向方向的另一扫描设备5-1两侧的校正标尺12进行拍摄，其拍摄到的条纹图案信号被传送到数字建模舱4中的微机中，该拍摄到的条纹图像与预存的标准条纹图像进行比较，获得各个坐标下的各轴偏移值：δs(z)、δs(x)，δs(y)，其中z为高度坐标，x为与高度方向垂直的平面内左右水平方向坐标，y为与高度方向垂直的平面内前后方向的坐标；δs(z)为在高度坐标为z时的高度方向偏移量，δs(x)为在水平坐标为x处的偏移量，δs(y)为在前后坐标为y处的偏移量。

随后，通过各组一对摄像头14、16对待测试体进行云点数据收集，云点收集过程中，支撑圆台6-4上旋转台5-3，从而进一步带动被扫描者进行旋转，多组摄像头14、16对其进行拍摄并获取云点数据，云点数据包括(x，y，z)坐标，其中z为高度坐标，x为与高度方向垂直的平面内水平方向坐标，y为与高度方向垂直的平面内前后方向的坐标。通过上述偏移值获得补偿后的云点坐标：

xc＝x(1+(δs(x))²)

yc＝y(1+2δs(y))

zc＝z(1+(δs(z))²)

通过上述方式补偿测量数据中的云点坐标，进而获得补偿后的云点数据坐标(xc，yc，zc)坐标。通过上述数字补偿方法，能够降低设备的系统误差，提高扫描的精度。

在获得补偿后的云点数据后需要对云点数据进行配准，以实现三维构图。优选的方法可以为：采用提取点云数据的主轴方向用于配准,做法是首先构建点云数据的协方差矩阵,根据协方差矩阵计算点补偿后的云数据的主轴向量,然后求出待匹配点云数据主方向之间的旋转矩阵与平移矩阵。这个矩阵就可以看作是待匹配点云的粗配准结果。根据上述结果依次算出n片数据在一个世界坐标系中的坐标以及n片数据之间的旋转角度，通过图像合成即得到3d数据。

上述配准方式由于计算量小，计算速度快，鲁棒性好，节约资源，因此适合在3d人体扫描数字建模车这类移动建模设备中使用。

下面介绍基于本发明提供的3d人体扫描数字建模车的3d人体扫描数字建模方法。

s1控制模块检测3d人体扫描数字建模车是否处于驾驶状态；

优选地，s1进一步包括s11如果处于驾驶状态，开启缓冲状态。

s2如果出于非驾驶状态，判断是否开启物理校正，如果不开启物理校正，则回到步骤s1结束的状态，继续等待是否开启物理校正。

s3如果判断需要开启物理校正，则开始进行物理校正。

具体的校正方法为：控制模块7与车辆动力系统8连接，控制模块7可以检测车辆动力系统8是否运转，如果车辆动力系统8在运转中则不启动物理补偿功能，如果检测到车辆动力系统8停止运转(即车辆停止)，则开启物理补偿功能。

优选地，使得控制模块7开启物理补偿功能的方式也可以是通过在驾驶舱2内的控制按钮来实现或者是通过在驾驶舱2内的控制按钮来最终确定开启。

当开启物理补偿功能时，水平检测元件6-2将数据传送到控制模块7中，通过控制模块7对于上述多个水平检测元件6-2检测数据的融合(例如，可以采用加权平均法或者卡尔曼滤波法)能够获得检测支撑圆台6-4的倾斜方向和角度。通过控制模块7中的补偿模块计算出支撑圆台6-4需要补偿的方向和角度，控制模块7根据计算出的需要补偿的方向和角度，分别驱动多个微型马达6-3进行旋转从而进一步带动其对应的可伸缩支撑件独立地上下伸缩运动，以实现支撑圆台6-4的水平。通过上述物理调节能够使得扫描设备5-1的固定安装表面在扫面时保持水平，降低了扫描设备5-1由于车辆移动造成的位移问题。

s4检测数字信号偏移量，采用一对摄像头对对面方向的扫描设备5-1两侧的校正标尺12进行拍摄，其拍摄到的条纹图案信号被传送到数字建模舱4中的微机中，该拍摄到的条纹图像与预存的标准条纹图像进行比较，获得偏移量。

采用每组扫描设备5-1的一对摄像头14、16对对向方向的另一扫描设备5-1两侧的校正标尺12进行拍摄，其拍摄到的条纹图案信号被传送到数字建模舱4中的微机中，该拍摄到的条纹图像与预存的标准条纹图像进行比较，获得各个坐标下的各轴偏移值：δs(z)、δs(x)，δs(y)，其中z为高度坐标，x为与高度方向垂直的平面内左右水平方向坐标，y为与高度方向垂直的平面内前后方向的坐标；δs(z)为在高度坐标为z时的高度方向偏移量，δs(x)为在水平坐标为x处的偏移量，δs(y)为在前后坐标为y处的偏移量。

s5启动各组摄像头14、16进行扫描，通过一对摄像头对待测试体进行云点数据收集，云点收集过程中，支撑圆台6-4上旋转台5-3，从而进一步带动被扫描者进行旋转，多组摄像头14、16对其进行拍摄并获取云点数据，云点数据包括(x，y，z)坐标，其中，z为高度坐标，x为与高度方向垂直的平面内左右水平方向坐标，y为与高度方向垂直的平面内前后方向的坐标。

s6根据数字信号偏移值校正扫描数据，通过上述偏移值获得补偿后的云点数据坐标(xc，yc，zc)坐标。

xc＝x(1+(δs(x))²)

yc＝y(1+2δs(y))

zc＝z(1+(δs(z))²)

通过上述方式补偿测量数据中的云点坐标，进而获得补偿后的云点数据坐标(xc，yc，zc)坐标。通过上述数字补偿方法，能够降低设备的系统误差，提高扫描的精度。

s7在获得所需云点数据后需要对云点数据进行配准，以实现三维构图。

优选的方法可以为：采用提取点云数据的主轴方向用于配准,做法是首先构建点云数据的协方差矩阵,根据协方差矩阵计算点补偿后的云数据的主轴向量,然后求出待匹配点云数据主方向之间的旋转矩阵与平移矩阵。这个矩阵就可以看作是待匹配点云的粗配准结果。根据上述结果依次算出n片数据在一个世界坐标系中的坐标以及n片数据之间的旋转角度，通过图像合成即得到3d数据。

上述配准方式由于计算量小，计算速度快，鲁棒性好，节约资源，因此适合在3d人体扫描数字建模车这类移动建模设备中使用。

本发明提供的3d人体扫描数字建模车，具有以下有益效果：

(1)提供了一种能够实现3d人体扫描数字建模车，其将3d人体扫描数字建模设备集成与车辆上，能够提供一种有利于移动的3d人体扫描数字服务，从而在服装，电影等应用场景中提供更加便利、更加准确的3d人体扫描设备和方法。

(2)同时采用了物理和数字校正的方式，最大限度的降低了系统误差，提高了扫描的精度，为3d人体扫描设备实现可移动化提供了保证。

(3)配准方式计算量小，计算速度快，鲁棒性好，节约资源，适合在3d人体扫描数字建模车这类移动建模设备中使用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上、”“下、”“垂直、”“顶、”“底、”“内、”“外、”“前、”“后、”“左、”“右”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。