数据采集装置及利用该装置辅助医美整容行业的方法与流程

本发明涉及医美整容行业，具体涉及一种数据采集装置及利用该装置辅助医美整容行业的方法。

背景技术

随着美容整形行业的兴起，美容医师需要借助数据采集装置和整容软件来辅助其进行美容治疗。数据采集装置通过采集人脸不同部位的图像，如正脸、侧脸，这些图像经整容软件合成三维模型后，通过在整容软件上对三维模型进行调整，可设计出客户需要整形部位的完美效果，最后展示给客户。

现有的数据采集装置，在采集图像的过程中需要根据采集部位(正脸、左脸和右脸)的不同来调节被采集者的脸部朝向，然而在调节过程中，脸部和颈部的肌肉运动会造成脸部变形，这样一来容易造成不同部位的图像相重合的部分不能相对应，在后期合成三维模型时会出现模型与真实人脸之间出现较大的区别，直接导致最终手术结果与整容软件上得到的模拟整形结果差别很大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种数据采集装置，利用该数据采集装置采集图像时不需要根据采集部位的不同来调节被采集者的脸部朝向，克服了现有技术中由于脸部变形导致脸部不同部位的图像相重合的部分不能相对应的问题；另外还提供了一种利用该装置辅助医美整容行业的方法，利用该数据采集装置所采集到的图像合成三维模型时与真人之间的差别较小，真实度较高，模拟出的整形结果较好。

本发明的技术方案是这样实现的：一种数据采集装置，包括用于采集数据的摄像机、用于固定所述摄像机的环形空心支架和用于固定所述环形空心支架的支架固定件，所述环形空心支架包括第一部分、对称地连接于所述第一部分两端的第二部分、第三部分和设于所述第二部分、第三部分之间的固定框架，所述第一部分的两端分别设有开口，所述开口内分别设有用于反射来自左脸方向的光线的第一镜片和用于反射来自右脸方向的光线的第二镜片；所述摄像机设于所述固定框架的外侧，正对所述环形空心支架的中心；所述固定框架内设有可旋转调节的第三镜片，所述第三镜片分别用于将所述第一镜片的反射光线和所述第二镜片的反射光线反射到所述摄像机中；所述摄像机通过直接拍摄采集正脸图像，通过第一镜片、第二镜片和第三镜片之间的反射采集左脸图像和右脸图像。

可选的，所述第一部分为半圆弧型，所述第二部分和所述第三部分均为空心直线型。

可选的，所述第一镜片与所述第一部分末端之间的夹角为60°～70°，所述第二镜片和所述第二部分末端之间的夹角为60°～70°。

可选的，所述环形空心支架为一体结构且内部连通，来自左脸方向的光线经所述第一镜片反射后在所述环形空心支架的内部传输至所述固定框架内，来自右脸方向的光线经所述第二镜片反射后在所述环形空心支架的内部传输至所述固定框架内。

可选的，所述固定框架的下端设有用于调节所述第三镜片的舵机，所述舵机与所述第三镜片相连。

可选的，还包括高度可调节的滑轨装置和座椅，所述座椅设于所述环形空心支架的正下方；所述滑轨装置的一端与所述支架固定件相连接，另一端与所述座椅相连接。

一种利用所述数据采集装置辅助医美整容行业的方法，包括以下步骤：

步骤10，通过所述数据采集装置采集被采集者的正脸图像、左脸图像和右脸图像；

步骤20，分别在所述正脸图像、所述左脸图像和所述右脸图像上选取特征点，并分别以图像左上角为坐标原点计算出所有特征点的坐标；所述正脸图像中选取的特征点包括左眼中心点、右眼中心点、左鼻孔外缘、右鼻孔外缘、左嘴角、右嘴角、下巴底部、右下颚角外缘、左下颚角外缘、右颧骨外缘和左颧骨外缘，所述左脸图像中选取的特征点包括左眼角、眉心点、鼻梁中点、鼻尖、人中点、上唇外缘、下唇外缘、下巴底部和喉结点，所述右脸图像中选取的特征点包括右眼角、眉心点、鼻梁中点、鼻尖、人中点、上唇外缘、下唇外缘、下巴底部和喉结点；

步骤30，根据所述特征点的坐标分别计算出所有特征点的特征向量，并根据标准模型的标准特征向量对所述特征向量进行调整；

步骤40，将调整后的特征向量根据标准模型中的同名特征点进行匹配，然后对所述正脸图像、所述左脸图像和所述右脸图像进行圆柱形投影变换的预处理，计算出透视矩阵，并根据所述透视矩阵将所述正脸图像、左脸图像和右脸图像合成一张完整的人脸图像；

步骤50，根据被采集者的特征参数调整三维标准模型，得到三维人脸网格模型，然后通过透视投影模型建立所述人脸图像和所述三维人脸网格模型间的纹理映射关系；

步骤60，将所述三维人脸网格模型二维参数化，获取三维人脸网格模型中的网格点g(x,y,z)在二维参数化平面上的对应坐标(u,v)；

步骤70，根据所述纹理映射关系，在所述人脸图像中存在像素点i(r,s)与网格点g(x,y,z)相对应，将所述像素点i(r,s)的颜色添加至坐标(u,v)，生成人脸二维纹理贴图，然后根据所述人脸二维纹理贴图合成三维模型；

步骤80，对所述三维模型进行模拟整形，得到模拟整形结果。

可选的，步骤10，通过所述数据采集装置采集被采集者的正脸图像、左脸图像和右脸图像的步骤包括：

步骤101，调整被采集者，使所述摄像机正对被采集者的正脸中心，然后通过所述摄像机直接拍摄采集被采集者的正脸图像；

步骤102，调节所述第三镜片使其能将第一镜片中的反射光线反射到摄像机中，然后通过所述摄像机间接采集左脸图像；

步骤103，调节所述第三镜片使其能将第二镜片中的反射光线反射到摄像机中，然后通过所述摄像机间接采集右脸图像；

可选的，步骤30中，根据标准模型的标准特征向量对所述特征向量进行调整的步骤包括；

步骤301，求出每个特征点的特征向量与对应标准模型的标准特征向量的比值xi，即

步骤302，求出比值xi的平均值即其中p为所述特征向量的个数；

步骤302，将所述特征向量除以所述平均值得到调整后的特征向量即

可选的，步骤60中，将所述三维人脸网格模型二维参数化，获取三维人脸网格模型中的网格点g(x,y,z)在二维参数化平面上的对应坐标(u,v)的步骤包括；

步骤601，采用柱面投影方法，获得网格点g(x,y,z)的圆柱投影坐标(p,q)，其转化关系为：其中0≤p≤2π，0≤q≤h，zlow为人脸网格最低点的z值，h为网格的高度；

步骤602，将圆柱面展开为矩形平面，则所述三维人脸网格模型中的网格点g(x,y,z)对应在的二维参数化空间中的点坐标(u,v)为：其中，0≤u≤1，0≤v≤1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明数据采集装置通过调节第三镜片的角度，即可分别采集被采集者的正脸图像、左脸图像和右脸图像，采集过程中不需要调整被采集者的脸部朝向，避免了由于脸部和颈部的肌肉运动导致脸部变形的问题；本发明所采集的三张图像可以使后期合成图片时三张图像中相重合的部分能一一对应，方便简单，且合成后的三维模型与真人之间的区别较小，进而可以模拟出真实度较高的模拟整形结果，可更好地辅助医美整容行业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明数据采集装置一个实施例的结构示意图；

图2为本发明数据采集装置一个实施例的爆炸图；

图3为本发明数据采集装置采集正脸图像的光路图；

图4为本发明数据采集装置采集左脸图像的光路图；

图5为本发明数据采集装置采集右脸图像的光路图；

图6为利用所述数据采集装置辅助医美整容行业的方法的流程图。

附图标识：1摄像机；2环形空心支架；21第一部分；2101开口；22第二部分；23第三部分；24固定框架；3支架固定件；31第一配件；32第二配件；41第一镜片；42第二镜片；43第三镜片；5舵机；6滑轨装置；61滑动端；62固定端；63锁定装置；6301紧固件；6302紧固螺栓；7座椅；71脚轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1及图2，本发明公开的数据采集装置，包括用于采集数据的摄像机1、用于固定摄像机1的环形空心支架2和用于固定环形空心支架2的支架固定件3，环形空心支架2包括第一部分21、对称地连接于第一部分21两端的第二部分22、第三部分23和设于第二部分22、第三部分23之间的固定框架24，第一部分21的两端分别设有开口2101，开口2101内分别设有用于反射来自左脸方向的光线的第一镜片41和用于反射来自右脸方向的光线的第二镜片42；摄像机1设于固定框架24的外侧，正对环形空心支架2的中心；固定框架24内设有可旋转调节的第三镜片43，第三镜片43分别用于将第一镜片41的反射光线和第二镜片42的反射光线反射到摄像机1中；摄像机1通过直接拍摄采集正脸图像，通过第一镜片41、第二镜片42和第三镜片43之间的反射采集左脸图像和右脸图像。

当需要采集数据时，待采集者的头部处于环形空心支架2的中心位置，此时通过第三镜片43的角度，即可分别对被采集者的正脸、左脸和右脸进行采集，避免了现有技术中在采集图像过程中需要调整被采集者的脸部朝向的问题。而且，由于被采集者在采集图像的过程中头部是不动的，因此避免了调节过程中脸部和颈部的肌肉运动会造成脸部变形的问题，使后期利用这三张图像合成人脸模型时各图像之间所重合的部位能够完美匹配，让后期合成的三维模型与真人的区别较小，可更好地辅助医美整容行业，模拟出较为逼真的整形结果作为参考。

本发明数据采集装置在采集数据的过程中，首先采集正脸图像，然后再采集侧脸图像(即左脸图像和右脸图像)；而且在采集正脸图像时，需要先调节第三镜片43，使第三镜片43不要挡住摄像机1的视线，然后再调整被采集者的初始位置，使摄像机1的摄像头正对被采集者的正脸中心，然后通过摄像机1采集正脸图像，具体可参阅图3；采集完正脸图像后被采集者保持不动，调整第三镜片43的角度，使第三镜片43能接收到第一镜片41中所反射的左脸图像，然后通过摄像机1采集第三镜片43中的左脸图像，具体可参阅图4；再次调节第三镜片43的角度，使第三镜片43能接收到第二镜片42中所反射的右脸图像，然后通过摄像机1采集第三镜片43中的右脸图像，具体可参阅5。

进一步的，第一部分21为半圆弧型，方便固定第一镜片41和第二镜片42，让第一镜片41和第二镜片42反射来自被采集者的侧脸方向的光线至第三镜片43中；第二部分22和第三部分23均为空心直线型，可以使第一镜片41和第二镜片42中所反射的光线顺利传输到摄像机1。

进一步的，第一镜片41与第一部分21末端之间的夹角为60°～70°，便于让第一镜片41反射来自左脸方向的光线至第三镜片43上；第二镜片42和第二部分22末端之间的夹角为60°～70°，便于让第二镜片42反射来自左脸方向的光线至第三镜片43上。

其中，环形空心支架2为一体结构且内部连通，使来自左脸方向的光线经第一镜片41反射后在第一部分21的内部传输至固定框架24内，来自右脸方向的光线经第二镜片42反射后在第二部分22的内部传输至固定框架24内。

进一步的，固定框架24的下端设有用于调节第三镜片43的舵机5，舵机5与第三镜片43相连。在采集左脸图像和右脸图像时，通过调节舵机5使摄像机1能采集到第三镜片43中的投影即可完成。

进一步的，数据采集装置还包括高度可调节的滑轨装置6和座椅7，座椅7设于环形空心支架2的正下方；滑轨装置6的一端与支架固定件3相连接，另一端与座椅7相连接。当对被采集者进行采集数据时，让被采集者坐在座椅7上，然后根据其高度相应调节滑轨装置6的高度和座椅7的高度，使被采集者的脸部刚好处于环形空心支架2的中心位置，然后通过摄像机1采集图像。本实施例座椅7的设置既保证了舒适度，而且可更好的稳定被采集者的位置，防止抖动。其中优选的，座椅的脚部设有脚轮71，方便移动数据采集装置到相应地方拍摄，特别是在微调时，可节约时间。

本实施例座椅7和数据采集装置的结合，可使摄像机1与被采集者之间保持稳定，如此摄像机采集的数据不会出现抖动和模糊现象、清晰度较好。被采集者在采集数据的过程中保持不动，可便于让采集的图像角度与标准模板图像一致，输出与标准模板相同角度的图像数据，如此在后续输入特征点时便可找到和标准模板一样的特征点位置和数量，避免了特征点的丢失，从使输出的三维模型数据的误差较小。

具体的，滑轨装置6包括固定端62和滑动端61，固定端62与座椅7相连接，而滑动端61与支架固定件3相连接；调节好高度后，通过滑动端61上设有的锁定装置63进行固定，防止滑轨装置6滑动。其中，锁定装置63包括紧固件6301和紧固螺栓6302，紧固件6301套在滑动件外侧，紧固件6301上设有用于固定紧固螺栓6302的固定孔，通过紧固螺栓6302与滑动端61、滑动端61相互配合完成固定。另外，滑轨装置6上设有刻度尺，可用来准确调节环形空心支架2与座椅7之间的高度差。

其中，支架固定件3包括第一配件31和第二配件32，两配件之间形成用于固定环形空心之间的卡槽，环形空心之间通过第一配件31和第二配件32的相互配合完成固定。

图3为本发明利用数据采集装置辅助医美整容行业的方法的流程图，参阅图3，本发明公开的辅助医美整容行业的方法包括以下步骤：

步骤10，通过数据采集装置采集被采集者的正脸图像、左脸图像和右脸图像；

本发明实施例中，利用数据采集装置采集数据时，要先采集被采集者的正脸，然后再分别采集左脸和右脸，这是由于在采集过程中要先将采集者调整到最佳位置，只有采集的正脸图像最佳时，其左脸图像和右脸图像才符合要求，才能保证这三张图像中相重合的部分能一一对应。其具体采集过程可包括以下子步骤：

步骤101，调整被采集者，使摄像机1正对被采集者的正脸中心，然后通过摄像机1采集被采集者的正脸图像；此时可相应调整第三镜片43，防止其挡住摄像机1的视线。

步骤102，调节第三镜片43使其能将第一镜片41中的反射光线反射到摄像机1中，然后通过摄像机1间接采集左脸图像；

步骤103，调节第三镜片43使其能将第二镜片42中的反射光线反射到摄像机1中，然后通过摄像机1间接采集右脸图像；

本发明实施例中，正脸图像通过直接拍摄获取，而左脸图像和右脸图像则通过间接拍摄获取。

步骤20，分别在正脸图像、左脸图像和右脸图像上选取特征点，并分别以图像左上角为坐标原点计算出所有特征点的坐标；正脸图像中选取的特征点包括左眼中心点、右眼中心点、左鼻孔外缘、右鼻孔外缘、左嘴角、右嘴角、下巴底部、右下颚角外缘、左下颚角外缘、右颧骨外缘、左颧骨外缘，左脸图像中选取的特征点包括左眼角、眉心点、鼻梁中点、鼻尖、人中点、上唇外缘、下唇外缘、下巴底部、喉结点，右脸图像中选取的特征点包括右眼角、眉心点、鼻梁中点、鼻尖、人中点、上唇外缘、下唇外缘、下巴底部、喉结点；

本发明实施例中，利用数据采集装置拍摄的三张图像，其图像角度与标准模板图像一致，便于在输入特征点时便可找到和标准模板一样的特征点位置和数量，避免了特征点的丢失。如此，选取的这些特征点可使正脸图像、左脸图像和右脸图像这三张图像中相重合的部分能一一对应，避免了图像数据的丢失。

步骤30，根据特征点的坐标分别计算出所有特征点的特征向量，并根据标准模型的标准特征向量对特征向量进行调整；其具体包括以下子步骤：

步骤301，求出每个特征点的特征向量与对应标准模型的标准特征向量的比值xi，即

步骤302，求出比值xi的平均值即其中p为特征向量的个数；

步骤302，将特征向量除以平均值得到调整后的特征向量即

步骤40，将调整后的特征向量根据标准模型中的同名特征点进行匹配，然后对正脸图像、左脸图像和右脸图像进行圆柱形投影变换的预处理，计算出透视矩阵，并根据透视矩阵将正脸图像、左脸图像和右脸图像合成一张完整的人脸图像；

步骤50，根据被采集者的特征参数调整三维标准模型，得到三维人脸网格模型，然后通过透视投影模型建立人脸图像和三维人脸网格模型间的纹理映射关系；

本发明实施例中，可通过软件调整相应特征参数，如facegenmodeller软件等，使生成的三维人脸网格模贴近被采集者本身。所调整的特征参数包括年龄、性别、肤色、对称性、人种特征成分比例等，然后根据三维人脸网格模型建立与人脸图像之间的纹理映射关系。

步骤60，将三维人脸网格模型二维参数化，获取三维人脸网格模型中的网格点g(x,y,z)在二维参数化平面上的对应坐标(u,v)；其具体包括以下子步骤：

步骤601，采用柱面投影方法，获得网格点g(x,y,z)的圆柱投影坐标(p,q)，其转化关系为：其中0≤p≤2π，0≤q≤h，zlow为人脸网格最低点的z值，h为网格的高度；

步骤602，将圆柱面展开为矩形平面，则三维人脸网格模型中的网格点g(x,y,z)对应在的二维参数化空间中的点坐标(u,v)为：其中，0≤u≤1，0≤v≤1。

步骤70，根据纹理映射关系，在人脸图像中存在像素点i(r,s)与网格点g(x,y,z)相对应，将像素点i(r,s)的颜色添加至坐标(u,v)，生成人脸二维纹理贴图，然后根据人脸二维纹理贴图合成三维模型；

步骤80，对三维模型进行调整，得到模拟整形结果。

本发明实施例中，可利用三维整形软件对三维模型进行调整整形，如三维整形导师软件，最终得到理想的模拟整形结果，便于让客户参考。

本发明实施例通过利用该数据采集装置所采集的正脸图像、左脸图像和右脸图像合成的一张完整的人脸图像，然后根据所构建的三维人脸网格模型建立与人脸图像之间的纹理映射关系，将像素点i(r,s)的颜色添加至坐标(u,v)生成人脸二维纹理贴图，然后根据人脸二维纹理贴图合成三维模型，本发明合成的三维模型与真人之间的区别较小，模拟出来的整形结果更为逼真，可更好地辅助医美整容行业。

本发明数据采集装置及利用该装置辅助医美整容行业的方法可应用于整容行业的咨询服务中，可加强整容机构与客户间的交流，提高整容机构的服务质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。