本实用新型属于计算机三维建模技术领域，特别涉及一种采用照相机图像进行建模的三维头部扫描仪。
背景技术：
随着各行各业数字化的发展，虚拟资产的应用越来越广泛，例如身份识别、虚拟社区、广告制作、电脑游戏等等，一些常用于电影的制作技术开始扩散到其它行业，以满足各行各业对高精度数字模型越来越高的需求。现在虚拟人物的制作方式主要包括计算机直接三维建模和三维扫描转化为数字模型两类。其中，计算机直接三维建模效率低，模型质量不稳定，对建模艺术家个人能力的要求比较高；而采用三维扫描进行建模速度快，模型真实，可批量制作，更适应各行业对模型质量、生产效率的不同需求。
目前常用的三维扫描方式存在不少问题。一种是采用激光三维扫描设备，可获取丰富的几何细节和细腻的纹理，但其扫描速度低下，无法快速获取物体三维数据，通常用于大尺寸静态设备和建筑空间的扫描；二是采用专用的深度相机或投射结构光的方法测量物体的三维空间位置，比如现有的“手持扫描器”，但是扫描时间长，活体扫描精度低，易导致人员疲劳，影响扫描效果，多用于小尺寸静态物品的扫描；三是基于多张不同角度的物体图像进行三维重构的方法，通常由多台数码单反相机构成矩阵系统，安装在辅助框架上，配以多个大功率摄影灯、大量辅助线材、多台专业的电脑，以及其它众多设备配件。但是这种扫描方式多为开放式框架，各个设备线材裸露在外，在实际使用过程中，设备裸露易损，操作工序复杂，需要多人配合，对空间要求极高，通常放置在影视剧组的特定摄影棚中。而在这个开放空间里，为了保证光照亮度，通常使用高功率闪光灯作为光源，十分刺激演员和操作员的眼睛，因此用户体验糟糕，难以推广应用到其他行业。
技术实现要素：
本实用新型的发明目的是提供一种封闭式模块化的三维头部扫描仪，实现了对人物头部快速、高效、低成本的扫描，该三维头部扫描仪具有模块化、一体化、封闭化的整体结构，高度集成了相机、摄影灯、支撑框架、辅助线材等设备，所有设备安全封装于模块化的壳体之内，结构布局合理，造型美观高档，使用维护方便，一人即可独立操作，对使用空间要求少，可用于普通办公空间，适用行业广泛。
本实用新型的具体技术方案是一种封闭式模块化的三维头部扫描仪，包括环形主扫描箱、倾斜扫描箱、倾斜灯箱、扫描模块和灯光模块，其特征在于，
所述的环形主扫描箱包括多个子扫描箱和多个将子扫描箱连接在一起的扫描箱连接架，所述的子扫描箱包括子扫描箱架、主相机支架、主反光板、子扫描箱门和主LED灯板，所述的子扫描箱架为长方体结构，相对的两个侧面分别安装主反光板和子扫描箱门，其余两个侧面用于连接扫描箱连接架，所述的主相机支架位于子扫描箱架的长方体结构内，所述的主反光板开有相机孔和主LED灯板孔，所述的主LED灯板安装在主反光板上并将主LED灯板孔封闭，所述的多个子扫描箱均匀布置，形成一个所有主反光板与地面垂直的环形结构，所有主反光板朝向环形结构的中心线，两个子扫描箱之间用一个扫描箱连接架连接在一起，
所述的倾斜扫描箱包括倾斜扫描箱架、倾斜相机支架、倾斜反光板和倾斜扫描箱门，所述的倾斜扫描箱架具有左侧板、右侧板和连接左、右侧板的横板，倾斜扫描箱架的左侧板、右侧板和横板与安装在倾斜扫描箱架上的倾斜反光板以及倾斜扫描箱门形成一个具有一端开口的半封闭空间，倾斜反光板和倾斜扫描箱门的位置相对且不连接，所述的倾斜相机支架位于这个半封闭空间内，所述的倾斜反光板开有相机孔，
所述的倾斜灯箱包括倾斜灯箱架和安装在倾斜灯箱架上的倾斜LED灯板，形成一个具有一端开口的半封闭空间，
所述的子扫描箱架顶部安装有多个开口端朝下倾斜扫描箱和倾斜灯箱，开口端朝下倾斜扫描箱和倾斜灯箱间隔并均匀布置，形成一个环形，位于子扫描箱架的顶部的倾斜扫描箱的倾斜反光板和倾斜灯箱的倾斜LED灯板与地面形成小于90度夹角，朝向环形结构的中心线，子扫描箱架底部安装有多个开口端朝上倾斜扫描箱和倾斜灯箱，开口端朝上倾斜扫描箱和倾斜灯箱间隔并均匀布置，形成一个环形，位于子扫描箱架的底部的倾斜扫描箱的倾斜反光板和倾斜灯箱的倾斜LED灯板与地面形成大于90度夹角，朝向环形结构的中心线，
所述的扫描模块包括多部安装在主相机支架、倾斜相机支架的相机，每个主反光板的相机孔和倾斜反光板的相机孔分别对应一个相机的镜头，
所述的灯光模块包括多个LED灯，LED灯安装在每个主LED灯板和倾斜LED灯板的后部。
更进一步地，所述的子扫描箱门为滑动门，通过安装在子扫描箱架的滑轨实现滑动开启，所述的倾斜扫描箱门为翻动门，通过安装在倾斜扫描箱架的阻尼轴实现翻动开启。
更进一步地，所述的扫描模块还包括多个引闪器、相机云台和引闪器遥控器，相机通过相机云台安装在主相机支架或倾斜相机支架上，每个相机上安装有一个引闪器，所有的引闪器通过所述的引闪器遥控器进行控制。
更进一步地，所述的灯光模块还包括LED灯电源适配器、灯光遥控接收器和灯光遥控器，所述的每个LED灯配有一个LED灯电源适配器，多个LED灯电源适配器连接在1个灯光遥控接收器，形成1个灯组，所述的灯光遥控接收器具有与电源连接的遥控开关，通过灯光遥控器的控制实现与电源的通断。
更进一步地，所述的子扫描箱有7个，所述的子扫描箱架顶部安装有开口端朝下的3个倾斜扫描箱和4个倾斜灯箱，子扫描箱架底部安装有开口端朝上的3个倾斜扫描箱和2个倾斜灯箱。
更进一步地，所述的子扫描箱还包括机架，所述的机架安装在子扫描箱架的底端，机架的下部安装有万向轮。
本实用新型的有益效果是：1)本实用新型的三维头部扫描仪为模块化、封闭化的整体结构，产品外观简洁、结构合理，保护设备安全，操作维护简单，对空间要求低，适用行业广泛；2)LED灯光常亮、照明均匀，保护眼睛，用户体验极大提高；3)基于拍摄相机图像进行三维扫描，相机布局合理，扫描精度高，能够瞬时快速扫描头部，采集效率高。
附图说明
图1为本实用新型的三维头部扫描仪的立体示意图；
图2为本实用新型的三维头部扫描仪的立体示意图；
图3为本实用新型的三维头部扫描仪的立体示意图；
图4为本实用新型的子扫描箱的立体示意图；
图5为本实用新型的子扫描箱的安装结构分解图；
图6为本实用新型的上斜扫描箱的立体示意图；
图7为本实用新型的上斜扫描箱的安装结构分解图；
图8为本实用新型的上斜灯箱的立体示意图；
图9为本实用新型的上斜灯箱的安装结构分解图；
图10为本实用新型的相机、相机云台和引闪器示意图；
图11为本实用新型的相机的安装示意图；
图12为本实用新型的扫描模块的相机供电线路示意图；
图13为本实用新型的扫描模块的引闪器供电线路示意图；
图14为本实用新型的扫描模块的控制线路示意图；
图15为本实用新型的灯光模块的控制线路示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明，本说明仅用于解释本实用新型，并不作为本实用新型的限定。
如附图1-15所示，本实用新型提出的一种封闭式模块化的三维头部扫描仪，包括环形主扫描箱1、倾斜扫描箱2、倾斜灯箱3、扫描模块4和灯光模块5。各个子系统封装为模块化整体，结构布局合理，造型美观高档，操作维护方便、扫描清晰高效，对使用空间要求少，适用行业广泛。
所述的环形主扫描箱1包括7个子扫描箱11和多个将子扫描箱11连接在一起的扫描箱连接架12，所述的子扫描箱11包括子扫描箱架111、主相机支架112、主反光板113、子扫描箱门114和主LED灯板115，所述的子扫描箱架111为长方体结构，相对的两个侧面分别安装主反光板113和子扫描箱门114，所述的子扫描箱门114为滑动门，通过安装在子扫描箱架111的滑轨实现滑动开启，便于检修安装安装在子扫描箱11内的相机41、LED灯51等设备和线路。其余两个侧面用于连接扫描箱连接架12，采用安装螺钉固定在一起形成所述的环形主扫描箱1。所述的主相机支架112位于子扫描箱架111的长方体结构内，所述的主反光板113开有相机孔和主LED灯板孔，所述的主LED灯板115安装在主反光板113上并将主LED灯板孔封闭，所述的7个子扫描箱11均匀布置，形成一个所有主反光板113与地面垂直的环形结构，环形结构直径约1.8米。所有主反光板113朝向环形结构的中心线，主反光板113为白色亚克力材料。
所述的多个倾斜扫描箱2分别安装在子扫描箱架111的上部和下部，所述的倾斜扫描箱2包括倾斜扫描箱架21、倾斜相机支架22、倾斜反光板23和倾斜扫描箱门24，所述的倾斜扫描箱架21具有横板、左侧板和右侧板，倾斜扫描箱架21与安装在倾斜扫描箱架21上的倾斜反光板23以及倾斜扫描箱门24形成一个一端开口的半封闭空间，所述的倾斜相机支架位于这个半封闭空间内，所述的倾斜反光板23开有相机孔。所述的倾斜扫描箱门24为翻动门，通过安装在倾斜扫描箱架21的阻尼轴实用翻动开启，倾斜反光板23为白色亚克力材料。
倾斜灯箱3分别安装在子扫描箱架111的上部和下部，所述的倾斜灯箱3包括上灯箱架31和安装在上灯箱架31上的上LED灯板32。
所述的扫描模块4包括多部安装在主相机支架112和倾斜相机支架22上的相机41、多个引闪器42、相机云台43、引闪器遥控器44、相机电池适配器45、引闪器电源盒46、扫描模块电源插座47、USB分线器48和计算机49，每个主反光板113的相机孔和倾斜反光板23的相机孔分别对应一个相机41的镜头。多部相机41形成均匀环绕扫描头部的相机矩阵，镜头距头部约0.9米。相机41通过相机云台43安装在主相机支架112或倾斜相机支架22上，每个相机41上安装有一个引闪器42，所有的引闪器42通过所述的引闪器遥控器44进行控制。所述的引闪器遥控器44可无线控制所有引闪器42的同步触发，实现单反相机41的遥控同步拍摄功能，所有单元的触发信号完美同步，同步精度小于1ms。所述的USB分线器48把单反相机41拍摄的照片传输到计算机49上。所述的相机电池适配器45、引闪器电源盒46和USB分线器48均由扫描模块电源插座47供电，并且都放在环形主扫描箱1和倾斜扫描箱组2内部。
相机41采用了佳能1300D套机，引闪器42采用永诺RF-603无线引闪器，相机云台43采用了百诺BH00快装云台。所述的扫描模块充分考虑了操作和维护的易用性，使用相机电池适配器45取代原相机自带的电池，确保单反相机41可长期工作，并在引闪器42上焊接电线取代了电池，并引入了引闪器电源盒46为引闪器42提供3.3V直流电源，确保扫描模块的长期稳定工作。所述的引闪器电源盒46选用了一个3.3V直流电源和两块1拖8分线板，可将输入的220V交流电，转化输出16路3.3V直流电，可保证最多16个引闪器42的长期稳定工作。所述的扫描模块电源插座47使用8位PDU机柜防雷插座，确保供电安全。所述的USB分线器48为ORICO7口带电源USB3.0分线器，每台USB分线器48可以为6个单反相机41向计算机49传输数据。所述的计算机49包含技嘉z270x-ud3电脑主板、英特尔酷睿i5处理器、金士顿16G内存、西部数据2TB硬盘、安钛克机箱、海盗船vs550电源，键鼠套装以及四通道USB转PCI扩展卡。计算机49放在三维头部扫描仪旁边的操作台上，运行于Windows环境。
所述的灯光模块5包括多个LED灯51、LED灯电源适配器52、灯光遥控接收器53、灯光遥控器54和灯光电源插座55，LED灯51安装在每个主LED灯板115和倾斜LED灯板32后部。所述的主LED灯板115为8个，倾斜LED灯板32有6个。发光面朝向三维头部扫描仪内部，各个主LED灯板115、倾斜LED灯板32、主反光板113、倾斜反光板23拼合在一起，使三维头部扫描仪的内表面成为一个球状发光面，产生无影灯效果，均匀照亮被扫描的头部。所述的LED灯51每个配有一个LED灯电源适配器52，多个LED灯电源适配器52分组连接在1个灯光遥控接收器53，形成1个灯组，所述的灯光遥控接收器53具有与电源连接的遥控开关，通过灯光遥控器54的控制实现与电源的通断。所述的LED灯电源适配器52、灯光遥控接收器53和灯光电源插座55都放在环形主扫描箱1和倾斜扫描箱组2内部。
LED灯51功率40W，LED灯电源适配器52为铝合金防水直流电源，使用DC接头与LED灯51连接，方便维护更换。灯光电源插座55使用8位PDU机柜防雷插座，确保供电安全。所述的灯光遥控器54和灯光遥控接收器53采用TOWE一拖六路灯具220V无线遥控开关，可便捷开关LED灯板51，适应拍摄需求。
所述的倾斜扫描箱2有6个，倾斜扫灯箱3有6个，其中开口端朝下的倾斜扫灯箱3有6个，其中开口端朝下的3个倾斜扫描箱2和4个倾斜灯箱3相间隔并均匀安装在子扫描箱架111的上部，形成一个环形结构，倾斜扫描箱2的倾斜反光板23和倾斜灯箱3的倾斜LED灯板32朝向环形结构的中心线，并与地面形成小于90度夹角，另外开口端朝上的3个倾斜扫描箱2和2个倾斜灯箱3相间隔并均匀安装在子扫描箱架111的下部，倾斜扫描箱2的倾斜反光板23和倾斜灯箱3的倾斜LED灯板32朝向环形结构的中心线并与地面形成大于90度夹角。
本实用新型提出的三维头部扫描仪工作时，先开启外部总电源，此时产品内部的扫描模块电源插座47、灯光电源插座55通电，相机电池适配器45和引闪器电源盒46随之通电，相机41和引闪器42随之开机，灯光模块通电，并可以通过灯光遥控器54遥控点亮LED灯51。然后开启计算机49，打开扫描软件，查看各个相机41的工作状态，状态正常就可以开始扫描工作。当被扫描人员坐在三维头部扫描仪的中央时，头部位于环形结构的中心。操作员可使用引闪器遥控器44控制所有相机41同步拍摄，瞬间所有照片通过USB分线器48汇集到计算机49的硬盘内，扫描工作即成功完成。拍摄好的头部多角度的照片最终可采用Photoscan软件在无特征点的情况下进行重构，形成头部的三维模型。
本实用新型提出的三维头部扫描仪暂时不工作时，可以遥控关闭LED灯51，此时扫描模块仍处于启动状态，可随时等待下一次使用。