专利名称：脚型三维重建的多视成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种成像装置，特别是针对一种脚型三维重建的多视成像装置。
背景技术：
对物体进行三维重建的过程中标定是一个非常重要的步骤，现有技术中的标定 方法需要在相机前放置一个已知形状和尺寸的物体(称为标定参照物)，计算出相机的位 置，然后拿开标定参照物，再对需要三维重建的物体进行拍照，通过空间点和图像点之间的 对应关系进行三维重建，如微软研究院的张正友采用两到三个相互正交的平面组成标定模 板，因为简便实用被广泛接受，但张正友的方法需要先对标定参照物成像，然后拿开标定参 照物再次对物体成像，需要把标定成像和重建成像分成两个步骤，并且由于采用了不透明 的标定模板，不能适用于全周多方位成像的多视重建；本实用新型的研究对象为脚，需要将 脚放置在某一支撑物上，支撑物必然影响脚底部分的图像采集，张正友的标定方法不能使 用。如果将脚悬空成像，必然存在不同对象放置位置不一致的问题，影响成像效果。
发明内容本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种能为多视三维重建提供充分的图像 信息的多视成像装置，具有适合脚型三维重建、结构简单、标定过程简单、具有能承载脚重 的标定模板、场景不需要在标定成像和重建成像之间进行切换等特点。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种脚型三维重建的多视 成像装置，具有载重功能的脚型标定模板、相机支撑框架、至少六个相机、计算机，所述脚型 标定模板为透明的有机玻璃板，所述脚型标定模板上具有多行多列且相隔一定间距的格子 线，所述脚型标定模板中心设置有中心标识，所述中心标识外围还设置有方位标识组，所述 相机支撑框架具有多个不同视角的相机支撑点，所述至少六个相机以不同视角尽可能多的 提供三维重建图像信息、可移动的方式分布在相机支撑框架上，所述脚型标定模板通过支 架设置在相机支撑框架中，所述至少六个相机朝向脚型标定模板中心标识，所述至少六个 相机通过USB数据传输接口和计算机相联接，所采集到的数码图像由运行在计算机上的软 件系统进行三维重建。作为一种改进，所述格子线为相互垂直的纵横线，所述中心标识为“0”字与“十” 字的叠加体，所述方位标识组至少为不同图案的三组，所述方位标识组相对于中心标识位 于不同的层次上，所述每组方位标识组为在同一层次上大致均勻分布的四个图案，“0”字与 “十”字的叠加体方便了坐标原点的确定和坐标系的建立，至少三组且位于不同的层次上的 四个图案能确定方位，且在脚型遮住部分方位标识时后的仍能方便的辨识方位，减少三维 重建的计算量。本实用新型设置有脚型标定模板，脚型标定模板上具有多行多列且相隔一定间距 的格子线，所述脚型标定模板中心设置有中心标识，中心标识的设置使相机与灯源朝向明 确，同时中心标识能作为三维坐标系的原点，为计算机三维重建软件计算提供了参考点，相隔一定间距的格子线其交叉点在各相机中的成像能够计算出各相机的位置，解决了相机的 标定问题；脚型标定模板为透明的有机玻璃板，结构牢固，能作为脚型的承载平台，同时透 明的有机玻璃板不影响有机玻璃板下方相机采集图像，无需移开脚型标定模板再采集脚型 底部的图像；相机支撑框架具有多个不同视角的相机支撑点，有利于相机对从不同的角度 采集图像。
图1为本实用新型脚型三维重建的多视成像装置的结构示意图；图2为脚型标定模板的结构示意图；图3为处于脚底位置的视图像的关系示意模型；图4为本实用新型的笛卡尔坐标和球坐标示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，一种脚型三维重建的多视成像装置的具体实施方式
， 包括有1)相机支撑框架1 如图1所示，所述相机支撑框架1设置有四根相互平行、间距 相同且等高的纵梁11，所述四根相互平行的纵梁11上端通过两个相互交叉的横梁12固定， 所述四根相互平行且间距相同的纵梁11中下部之间设置有四根支撑梁13，所述四根支撑 梁13中的相对设置的撑梁13上设置有两模板支撑梁14，所述标定模板2通过两模板支撑 梁14设置在相机支撑框架1中，所述相机3通过夹子设置在相机支撑框架1上，一种优选 方案，所述纵梁11为1. 7m，横梁12长度为2. Im,四条纵梁11和两条横梁12条方形钢条做 成一个长方体的框架，在高度0. 7m的地方用四根支撑梁13围成方形，然后方形的中间放置 间距0. 7m的两模板支撑梁14。2)脚型标定模板2 如图2所示，所述脚型标定模板2为透明的有机玻璃板，所 述脚型标定模板2上具有多行多列且相隔一定间距的格子线，所述脚型标定模板2中心设 置有中心标识，所述中心标识外围还设置有方位标识组，所述脚型标定模板2通过支架设 置在相机支撑框架1中，一种优选方案，所述脚型标定模板2是一块长宽0. 5mX0. 7m、厚 5cm的有机玻璃板，由聚甲基丙烯酸甲酯组成，高度透明，透光率达90% -92%，折射率η为 1. 49，用直径Icm的平头铣刀在有机玻璃板上刻标识，单面有如图2所示，共16 X 16条纵横 线，线问距3cm，中心标识为“0”字与“十”的叠加体，以脚型标定模板2为原点，纵横线中的 横线为X轴，纵横线的纵线为Y轴，方位标识组的位置及布局如下坐标为[(-10.5，1.5) (-7.5，-1.5)]的方格中有 0 字；坐标为[(-10. 5，10. 5) (-7. 5,7. 5)]的方格中有1字；坐标为[(7. 5，10. 5) (10. 5,7. 5)]的方格中有2字；坐标为 [(7.5, -7. 5) (10. 5，-10. 5)]的方格中有 4 字；坐标为[(-10. 5，-7. 5) (-7. 5，-10. 5)]的方 格中有3字；坐标为[(-16. 5，16. 5) (-13. 5，13. 5)]的方格中有6字；坐标为[(13. 5，16. 5) (16. 5，13. 5)]的方格中有7字；坐标为[(13. 5，-13. 5) (16. 5，-16. 5)]的方格中有8字； 坐标为[(-16. 5，-13. 5) (-13. 5，-16. 5)]的方格中有 9 字；坐标为[(-19. 5，19. 5) (-16. 5， 16.5)]的方格中有”/”字；坐标为[(16. 5，19. 5) (19. 5，16. 5)]的方格中有” X ”字；坐标为 [(16. 5,-16. 5) (19. 5,-19. 5)]的方格中有”*”字；坐标为[(-19. 5,-16. 5) (-16. 5,-19. 5)]
4的方格中有”十”字；坐标为[(-22. 5,22. 5) (-19. 5，19. 5)]的方格中有”0”字；坐标为 [(19. 5,22. 5) (22. 5,19. 5)]的方格中有”00”字；坐标为[(19. 5,-19. 5) (22. 5,-22. 5)]的 方格中有” 000”字；坐标为[(-22. 5，-19. 5) (-19. 5，-22. 5)]的方格中有” 0000”字。上述方位标识组为不同图案的四组，每组方位标识组为相对于中心标识位于不同 的层次上的四个图案，设置方位标识组有利于辨识方位，降低建模中的计算量；采取至少三 组方式标识，是为了防止脚遮住部分方位标识后的仍能方便地辨识方位，方位标识设计三 组或五组或其它组数也可。3)脚底图像的补偿。如图1所示，有三个相机3处于脚型标定模板2下方的位置， 必须透过有机玻璃板成像，由于光线穿过有机玻璃板时有侧向偏移，因此下方的相机3所 成图像必须经过补偿计算后才能用于多视重建，处于脚底位置的视成像模型如图3所示。 补偿方法如图3所示，脚型标定模板2下方相机3采集到的图像中每一像素点根据已知参 数，包括脚型标定模板厚度D、相机3坐标、相机3离脚型标定模板高度H、像素点坐标、折射 率n，计算出像素点在相机平面上偏移距离du和dv，重新成像。相机3在玻璃板下高H的 地方，按几何光学的原理，模板上的点P (Xp, Yp, 0)成像为p，相比没有玻璃板的情况，侧向移 动了距离d
d - D^mαλ(1 ——cosq^i
^Jn2 - sin2 ax设相机光心坐标(Xc，Yc, Zc)，有如下关系Zc = - (D+H)
rSin = - Xp )2 + (I - Yp f /P2 + (Xc - Xp f + (}. - Yp f cos a{=H/^jH2+ {Xc - Xp f + (Yc - Yp f经过计算，坐标(0，0)的坐标原点在位置为(-600，-200，-440)的相机上偏移d为 2.2193mm。从上式可以看出，可以用du和dv代替d，u、ν方向可以分开处理，计算出du和 dv。4)相机3布置。为了分析相机布置的问题，对人眼的观察机制进行总结，正常状态时观察人时只 需要正面一张照片，就可得知此人是谁；但即使是熟人，如果仅有特征不明显的侧面照片， 那么就很难猜到此人是谁的内容；如果是背面照片，更难得知，这说明不同的视有不同的信 息量，从信息量丰富的视可以获得较多的三维重建线索，因此，视布置的主要任务就是让每 个视包含的信息尽量多，视问重复的信息尽量少。样本鞋楦的统计变形模型为SPi = SP0 + pb3n式中ρ是主形状因子，b3D是主形状因子向量，SPtl是平均鞋楦，SPi为样本鞋楦。每 只鞋楦的形状分成共性和个性两部分，SPtlR表共性部分，pb3DR表个性部分。主形状因子 是从鞋楦样本集中各个样本去除掉共性之后得到个性部分的变化部分因子，主形状因子按 主形状因子向量b3D进行线性组合得到个性形状部分。主形状因子向量b3D发生变化，对应 模型的个性部分发生变化，再加上共性部分就成为一只鞋楦。统计变形模型中的主形状因 子向量b3D有许可变化范围，这种变化范围限定了模型还具有鞋楦的形状。一组主形状因子向量b3D对应一个唯一的形状，因此，能尽量反映地主形状因子向量b3D的视就是信息含量大 的视。相机布置就是取信息含量尽量大、并且视间信息冗余尽量少的相机位置。
权利要求一种脚型三维重建的多视成像装置，其特征是包括有具有载重功能的脚型标定模板(2)、相机支撑框架(1)、至少六个相机(3)、计算机，所述脚型标定模板(2)为透明的有机玻璃板，所述脚型标定模板(2)上具有多行多列且相隔一定间距的格子线，所述脚型标定模板(2)中心设置有中心标识，所述中心标识外围还设置有方位标识组，所述相机支撑框架(1)具有多个不同视角的相机支撑点，所述至少六个相机(3)以不同视角尽可能多的提供三维重建图像信息、可移动的方式分布在相机支撑框架(1)上，所述脚型标定模板(2)通过支架设置在相机支撑框架(1)中，所述至少六个相机(3)朝向脚型标定模板(2)中心标识，所述至少六个相机(3)通过USB数据传输接口和计算机相联接，所采集到的数码图像由运行在计算机上的软件系统进行三维重建。
2.根据权利要求1所述的脚型三维重建的多视成像装置，其特征是所述格子线为相互 垂直的纵横线，所述中心标识为“0”字与“十”字的叠加体，所述方位标识组至少为不同图 案组合的三组，所述方位标识组相对于中心标识位于不同的层次上，所述每组方位标识组 为在同一层次上大致均勻分布的四个图案。
专利摘要本实用新型涉及一种脚型三维重建的多视成像装置，具有载重功能的脚型标定模板、相机支撑框架、至少六个相机、计算机，所述脚型标定模板通过支架设置在相机支撑框架中，所述至少六个相机朝向脚型标定模板中心标识，所述至少六个相机通过USB数据传输接口和计算机相联接，所采集到的数码图像由运行在计算机上的软件系统进行三维重建，具有成本低廉、安装简单、成像准确、三维重建快速等特点。
文档编号G03B35/08GK201725140SQ20102018210
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月1日 优先权日2010年5月1日
发明者罗胜 申请人:温州大学;罗胜