人体头部三维扫描仪及三维建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及人体扫描技术领域，特别设及人体头部=维扫描仪及=维建模方法。
【背景技术】
[0002] 从技术发展来看，人体测量技术可W分为传统的人体测量技术和=维人体测量技 术。
[0003] 传统测量技术W软尺、人体测高仪、角度计、测距计、可变式人体截面测量仪等为 主要工具，可W直接测量出人体各部位的体表长度和横截面形状，使用工具简单，操作方 便，因此在服装业中长期被采用。但由于该些方法都是接触式的测量，往往会使被测者感到 窘迫或疲劳，或因测量者技术不够熟练造成测量误差。由于人体具有复杂形状，无法进行更 深入的研究。尽管传统的测量方法目前仍广泛使用，但其不足之处已显而易见，无法测量人 体形态、曲线特征，测量速度慢，工作量大，误差大。
[0004] 随着计算、互联网、多媒体、虚拟现实和快速原型制造等技术快速的发展，产品的 高精度，高效率，必将给每个行业的发展，带来强大的生命力和蓬勃的市场生机。
[0005]目前市场上没有任何一款能够自动测量人体头部的=维设备和建模方法。
[0006] 因此，人体扫描技术领域急需一种能够测量头部形态、曲线特征、测量速度快、误 差小、工作量少，安装简单、测量精确的人体头部=维扫描仪及=维建模方法。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了人体头部=维扫描仪及=维建模方法，技术方案如下： 人体头部=维扫描仪，包括；框架、玻璃板、驱动装置、支架、相机和激光器，并且玻璃 板、驱动装置、支架都安装在框架上； 玻璃板，位于驱动装置上方； 驱动装置，包括伺服驱动电机、滑轨、丝杆和限位开关，滑轨安装于框架的底部，限位开 关、伺服驱动电机都安装于滑轨上，伺服驱动电机与丝杆相连接； 支架，包括横梁和2根立柱，横梁底部通过轴承套于丝杆上，2根立柱垂直的安装于横 梁的2端； 激光器，为3个或3个W上，分别安装于2根立柱和横梁上； 相机，为4个或4个W上，分别通过旋转轴安装于2根立柱和横梁上，与外接计算机相 连接。
[0008] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，激光器为一字线激光器。
[0009] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，相机为CCD工业相机。
[0010] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，激光器的激光发射中屯、线与相机的镜头 中屯、线的夹角为8-35。。
[0011] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，一字线激光器的数量为4个，CCD工业相 机的数量为4个，2个一字线激光器分别位于2根立柱的顶端，剩余2个一字线激光器与2 根立柱顶端的一字线激光器成中屯、轴对称的分别位于横梁上，2个CCD工业相机分别通过 旋转轴位于2根立柱顶端，剩余2个CCD工业相机与2根立柱顶端的CCD工业相机成中屯、 轴对称的分别通过旋转轴位于横梁上。
[0012] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，一字线激光器的数量为4个，CCD工业相 机的数量为8个，2个一字线激光器分别位于2根立柱的顶端，剩余2个一字线激光器与2 根立柱顶端的一字线激光器成中屯、轴对称的分别位于横梁上，4个CCD工业相机分别通过 旋转轴位于2根立柱顶端，剩余4个CCD工业相机与2根立柱顶端的CCD工业相机成中屯、 轴对称的分别通过旋转轴位于横梁上。
[0013] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪中，框架为正方形、六边形、长方形或圆形。
[0014] 人体头部=维扫描仪的=维建模方法，包括如下步骤： 步骤一，要求被扫描的人平躺于玻璃板上，打开所有相机、激光器和伺服驱动电机； 步骤二，多个激光器同时对头部发射激光，激光经物体反射后被CCD工业相机接收并 成像； 步骤=，伺服驱动电机带动丝杆转动，位于丝杆上的支架带动CCD工业相机和激光器 沿着导轨运动，当支架运动到位于滑轨上的限位开关位置时，证明人体头部扫描完成，进而 支架反方向左自动复位运动，CCD工业相机采集完成整个头部的图像； 步骤四，CCD工业相机将图像传递给外接计算机，外接计算机对图像进行处理，经过图 像处理后激光条纹所在像素被识别出来，并通过事先标定好的光平面方程和CCD工业相机 反算出与该些像素点在静止的世界坐标系下所对应的=维空间点的坐标； 步骤五，外接计算机通过预先标定的空间关系对S维空间点进行拼接，得到人体头部 =维建模。
[0015] 优选的，在上述人体头部=维扫描仪的=维建模方法中，步骤四中计算出像素点 所对应=维空间点的坐标的具体步骤为： 根据理想小孔模型，可得相机坐标系空间点（私知zj与其图像坐标(W*，）的对应关 系如下：
其中，
为相机内参数矩阵；乂、都表示W像素为单位，CCD相机长 宽比例的焦距，、S都表示图像中屯、坐标； 从小孔成像模型中可得到如下两个约束条件：
进一步假设激光平面在相机坐标系下方程为；Zf= +b乂? +d，其中a、b分别表示而、 的系数，d为常数，进而得到从像素坐标到相机坐标系下物体=维坐标的一一对应关系：
在激光扫描过程中相机是随着运动的，因此需要将表示在相机坐标系中的点坐标转换 到一个静止的世界坐标系下，才能得到物体正确的轮廓数据，该变换可W用刚体变换R、t 表示，巧
其中，R是单位正交旋转矩阵，t为平移向量，（与，yw 表示像素点在静止的世界 坐标系下所对应的S维空间点的坐标，
[0016] 本发明的有益效果是： 1、本发明是实现了 =维头部扫描，=维人体头部测量与传统的人体头部测量技术相比 具有准确、高速和误差小、一致性高的优点，对于传统方法无法测量的头部形态、曲线特征 等也可W进行准确的测量，测量时只需简单操作，不需要传统测量方法的专业知识，实现头 部测量，节约了时间、金钱，减少了误差。
[0017]2、本发明通过相机与激光器配合使用对人体头部进行拍摄，提取头部=维坐标 值，相机和激光器通过一定的夹角配合使用，数据采集更加完整，安装更加容易，可操作性 更强。
[0018]3、本发明在相机的位置设置有激光器，能够实现对头部的整体激光反射，无死角， 使其拍摄出来的照片质量更高，数据更容易识别，提高准确度。
[0019] 4、本发明中相机提取的S维数据传给外接计算机后，外接计算机对现有的数据进 行转化，得到建模后的=维数据，进而实现头部=维建模，更加形象、直观。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本发明： 图1是本发明人体头部S维扫描仪实施例1的结构示意图。
[0021] 图2是本发明人体头部S维扫描仪实施例2的结构示意图。
[0022] 其中，图1-2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为： 框架1，玻璃板2,驱动装置3,伺服驱动电机31，滑轨32,丝杆33,限位开关34,支架4， 横梁41，立柱42，相机5，旋转轴51，激光器6。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的核屯、为提供一种人体头部=维扫描仪及=维建模方法，解决了无法测量 头部形态、曲线特征，测量速度慢，工作量大，误差大的问题。
[0024] 为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0025] 实施例1 ; 图1是本发明人体头部=维扫描仪的结构示意图，如图1所示，本发明提供了人体头部 =维扫描仪及=维建模方法，包括：框架1、玻璃板2、驱动装置3、支架4、相机5和激光器 6,并且玻璃板2、驱动装置3、支架4都安装在框架1上；玻璃板2,位于驱动装置3上方；驱 动装置3,包括伺服驱动电机31、滑轨32、丝杆33和限位开关34,滑轨32安装于框架1的 底部，限位开关34、伺服驱动电机31都安装于滑轨32上，伺服驱动电机31与丝杆33相连 接；支架4,包括横梁41和2根立柱42,横梁41底部通过轴承套于丝杆33上，2根立柱42 垂直的安装于横梁41的2端；激光器6,为3个或3个W上，分别安装于2根立柱42和横 梁41上湘机5,为4个或4个W上，分别通过旋转轴51安装于2根立柱42和横梁41上， 与外接计算机相连接。
[0026] 优选的，本实施例中，激光器的激光发射中屯、线与相机的镜头中屯、线的夹角为 8-35。。
[0027] 优选的，本实施例中激光器6为一字线激光器，相机5为CCD工业相机，一字线激 光器6的数量为4个，CCD工业相机5的数量为4个，2个一字线激光器6分别位于2根立 柱42的顶端，剩余2个一字线激光器6与2根立柱42顶端的一字线激光器6成中屯、轴对 称的分别位于横梁41上，2个CCD工业相机5分别通过旋转轴51位于2根立柱42顶端，剩 余2个CCD工业相机5与2根立柱42顶端的CCD工业相机5成中屯、轴对称的分别通过旋 转轴51位于横梁上。
[002引实施例2; 图2是本发明人体头部S维扫描仪实施例2的结构示意图，在实