一种采用背照式CMOS人体高帧率三维扫描建模设备的制作方法

本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种采用背照式cmos传感器技术的人体高帧率三维扫描装置及3d建模技术。

背景技术：

cmos(complementarymetal-oxide-semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。cmos的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在cmos上共存着带n（带-电）和p（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现cmos经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，cmos传感器也可细分为被动式像素传感器(passivepixelsensorcmos)与主动式像素传感器(activepixelsensorcmos)，在传统的cmos感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量因遮挡受到影响，背照式cmos就是将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果，目前其扫描传输速度达到每秒120帧。

人体3d深度信息获取采用tof方式，tof是指通过光线从光源到达物体，再反射回传感器的飞行时间（时间差），来测量距离物体的距离。采用了tof的影像传感器，每个像素都参与测距，从而获得高精度的深度图。唯有高效接收反射光，并高速测距，才能做到远近距离都高精度测距，使用高感光度模式，即使远距离也可以实现高精度测距。

soc(system-on-a-chip)fpga是集成arm处理器与fpga硬件可编程逻辑器件一体的处理器，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成cpu、dsp、assp以及混合信号功能。

ccd电荷耦合器件，一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等—系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。

人体足弓测量在传统的设备中也是非常困难的，本专利使用人体感应电容和压力方式进行测量，电容式触摸传感器系统核心部分是一组电场相互作用的导体，在皮肤下面，人体组织中充满了传导电解质。把足掌放置在边缘电场的附近将改变电容式传感器的电场值。

现有人体3d扫描技术对于人体服装遮挡部位实际尺寸和模型无法确认。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种采用背照式cmos人体高帧率三维扫描设备，在人体移动过程中可实现多次快速三维扫描，并根据对称对比模糊建模办法进行建模，增加了扫描后最终人体模型的精确性和实用性。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明公开了一种采用背照式cmos传感器获取人体三维数据的装置，并采用高清ccd传感器进行三维模型着色，使用socfpga进行高速采集同步所有三维和平面图像信息，使用4套同样的采集装置，多次高帧率采集人体在各个动作情况下4个方向的三维和色彩数据，同时采用地面称重设备对人体称重，并根据大数据及前期设定参数对测量后实际参数用对称对比模糊建模办法去除遮盖人体多余厚度及服饰褶皱后进行建模，在pc端进行数据拼接和3d建模最终输出完整的3d模型，并且生成各种服饰需要的人体参数信息，其中：

所述固定机构包括底座组件、扫描设备、扫描设备支架、操作及显示设备、数据处理终端、数据传输设备；

所述扫描过程中无任何机械运动；

所述高帧率拍摄，对移动物体可有效减少测量误差；

所述各个动作采集的目的是取得各个动作人体各部位遮盖身体服饰最贴身数据；

所述扫描设备支架及横向支撑架为可伸缩抽节式装置，可根据需要对该设备进行移动并快速展开；

所述高精度三维测量，测量距离1米的时候测量精度为6平方毫米；

所述操作及显示设备为触控面板；

所述结合提高反射信号读取精度像素技术和背照式cmos影响传感器的像素技术，从而到10微米的像素间距。单个相机模块即可实现从10米到30厘米的高精度测距。

所述在足弓三维扫描增加电容阵列传感器以提高足弓扫描精度。

所述三维模型通过高清摄像机识别相应部位颜色对三维模型进行着色。

所述数据处理终端可以对三维模型进行各种数据测量并进行数据抽取。

所述对称对比为采集身体一侧的最贴身数据后，将该数据应用到身体另一侧，其原则为两侧数据差距不影响服饰定制为标准，如身体对称一边数据差异影响服饰定制的，直接在操作面板上进行一键设置，进行两边数据单独扫描模式。

所述糊建模办法为，采取前期采集的大数据，根据关键位置数据根据前期设定及模糊数学原理推算出非关键区域数据，并按推算出的数据对非关键位置进行建模。

所述遮盖人体多余厚度为，服饰厚度及根据糊建模办法推算的实际厚度。

所述服饰厚度的取得为如领口、袖口、裤口、腰带厚度的可观察区域的数据取得，并根据该数据及服饰表面多次扫描数据变化取得最贴近人体实际数据及前期取得的大数据最终获得其他区域实际服饰厚度。

所述数据处理终端用于人体和足部扫描数据的三维重建和拼接，以形成含足底在内完整的三维人体模型。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明整机示意图；

图2为本发明设备5示意图；

图3为本发明设备8示意图；

图4为本发明系统框图；

图5为本发明设备1、2、3、4、13展开示意图；

图6为本发明设备1、2、3、4、13收缩后示意图

图7人体未穿外套示意图；

图8为人体穿外套示意图；

图9为人体穿衣服后上臂手动矫正示意图；

图10为本发明最终取得上臂人体扫描矫正后数据示意图；

图中1.支架1，2.支架2，3.支架3，4.支架4，5.身体扫描设备，6.嵌入式处理器，7.操作及显示设备，8.足底数据采集设备，9.设备基座，10.数据采集处理主板，11建模主机，12远程服务器，13.横向支撑架，14.人体实际体型数据，15.人体穿衣后外部数据，16.穿衣服后上臂手动矫正后外部数据，17.本系统实际取得上臂数据，101.支架上部，102.支架下部，103.支架与横向支撑架结合转轴，501.高清摄像机，502.led光源，503.3d深度相机，801.透明板，802.电容阵列传感器，803.压力传感器，1301.横向支撑架内支撑，1302.横向支撑架外支撑。

具体实施方式

启动扫描设备，当被测人体走入测试台中央（图中8）后，4支架上的深度相机进行4个方向上的图像和深度信息采集，根据环境光线调整深度相机是否需要补光如果需要补光就开启（图中502）的led进行补光，4个方向上的数据在数据采集主板上生成（图中10）在通过网络传入建模主机（图中11），建模的过程通过触控屏幕跟用户交互（图中7）同步显示建模状态，将各个部位多次采集数据后根据大数据及前期设定参数对测量后实际参数用对称对比模糊建模办法去除遮盖人体多余厚度及服饰褶皱后进行建模，在采集过程中可根据需要对人体服饰未贴身部分进行手动或使用设备矫正（图中16），最终取得该部分矫正后数据图中17），在本地就能对需要的各种尺寸进行测量并取得，数据在通过网络传入远程服务器（图中12）,在设备支架中的设备是复合式3d深度相机如（图中501、502、503）所示分别是1080p高清图像相机、led补光光源、3d深度相机，足弓重量传感器（图中3）结构包含801、802、803部分，分别是顶部支撑玻璃（图中801），中部电容式传感器（图中802）测量足弓与传感器接触面积从而得到足弓形状，底部重量传感器（图中803）以及其它附件组成，图5中是可折叠支架方便设备运输通过101、1301进行伸缩图中103进行折叠。

在图4中展示3d扫描系统的组成框图，501、503、10组成了3d深度和图像拍摄的数据采集，802、803、6组成了足弓信息的采集，数据都通过网络发送到图中11的建模主机通过软件进行数据建模，在通过模型对有用数据进行测量，模型及所有数据信息都通过网络传送到远端服务器12，也能通过本地操作屏幕（图中7）观察到进度和操作控制设备。