一種基于多臺(tái)rgb-d攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，該方法將多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)所搭建的全方位測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用到足部表面三維信息的快速獲取與足部表面模型的快速重建中，可在不借助任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，一次性采集完整的足部曲面三維坐標(biāo)。利用多RGB-D攝像機(jī)全方位測(cè)量系統(tǒng)快速獲得各個(gè)視角下腳型曲面的深度信息，并轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)云，通過(guò)對(duì)不同RGB-D攝像機(jī)獲得的局部足部曲面三維點(diǎn)云進(jìn)行配準(zhǔn)，重建出腳型曲面的全局模型，并可根據(jù)實(shí)際需要，提取測(cè)量腳型特征參數(shù)。該方法不僅重建速度快，測(cè)量效率高，而且易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量成本低，使用效果好。
【專利說(shuō)明】—種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維曲面測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面二維信息獲取方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，許多工業(yè)生產(chǎn)線系統(tǒng)正在由大規(guī)模批量型生產(chǎn)向用戶定制的、個(gè)性化、小規(guī)模型生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。而快速設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)系統(tǒng)不可或缺。在一個(gè)典型的面向客戶定制要求的生產(chǎn)系統(tǒng)中，客戶在線地提供所需產(chǎn)品的詳細(xì)數(shù)據(jù)，隨后下訂單。幾天后客戶定購(gòu)的產(chǎn)品就能按照客戶的個(gè)性要求被生產(chǎn)出來(lái)，郵寄到客戶手中。我們將這種思想應(yīng)用到我們的制鞋工業(yè)。要制作出為每一位顧客量身定制的個(gè)性化鞋子，快速為顧客設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出個(gè)性化的鞋楦是關(guān)鍵。每個(gè)人的腳型、尺寸以及個(gè)人偏好的款式大相徑庭，因而面向客戶的鞋業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用將展現(xiàn)出巨大的生命力。
[0003]個(gè)性化定制的制鞋系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于顧客在滿足合腳、舒適要求的同時(shí)還可以選擇自己喜歡的鞋子樣式。從制造商的角度來(lái)看，個(gè)性化定制的制鞋系統(tǒng)不僅意味著更小的庫(kù)存，而且掃描獲得的顧客足部三維模型和相關(guān)信息也可以保存下來(lái)備用。個(gè)性化定制的制鞋系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消費(fèi)者的鞋類定制、智能選鞋，而且在矯形鞋定制、假肢生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷和手術(shù)輔助等醫(yī)療領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。
[0004]準(zhǔn)確和高效率的腳型測(cè)量方法不僅是鞋楦設(shè)計(jì)和方便人們選鞋、穿鞋不可缺少的，而且也是大規(guī)模腳型測(cè)量、腳型矯正等所必須的?，F(xiàn)有的腳型測(cè)量方法分接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N。
[0005]1、接觸式測(cè)量:接觸式測(cè)量主要是使用一些機(jī)械式的手工測(cè)量?jī)x器或由接觸式傳感器組成的電子測(cè)量?jī)x器，其中以手工測(cè)量為主。手工測(cè)量的工具主要包括:布帶尺、鋼卷尺、劃筆、量高儀、踏腳印器和量腳卡尺。手工測(cè)量從測(cè)量方法上又分為直接法和間接法。直接法比較簡(jiǎn)單。首先用筆在腳的特征部位上標(biāo)出有關(guān)測(cè)量點(diǎn)，利用布帶尺、量高儀等工具可以直接測(cè)量出腳的各個(gè)有關(guān)數(shù)據(jù)。間接法利用腳印器踏出腳印并繪制出腳的輪廓線，然后再進(jìn)行測(cè)量分析。接觸式腳型測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是投資少、操作步驟簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)、方便攜帶、便于短時(shí)間內(nèi)在不同的測(cè)量地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。缺點(diǎn)是接觸式測(cè)量方式會(huì)對(duì)腳部產(chǎn)生壓力，引起腳部形變，造成測(cè)量誤差，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，而且測(cè)量的腳部參數(shù)有限，有些較復(fù)雜的參數(shù)或曲線無(wú)法測(cè)量，工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)再現(xiàn)性差、測(cè)量者之間的誤差大，同時(shí)，這種測(cè)量方式難以獲得腳部整體的數(shù)據(jù)信息。也不能對(duì)腳的截面形態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。無(wú)法進(jìn)行更深層次的研究。
[0006]2、非接觸式測(cè)量:在計(jì)算機(jī)、光學(xué)等學(xué)科發(fā)展的帶動(dòng)下。光學(xué)非接觸式測(cè)量作為近年來(lái)興起的一門(mén)測(cè)量技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。目前，光學(xué)非接觸式測(cè)量方法主要有構(gòu)光測(cè)量、立體視覺(jué)測(cè)量、激光測(cè)量等。
[0007](I)結(jié)構(gòu)光測(cè)量:結(jié)構(gòu)光三維視覺(jué)基于光學(xué)三角法原理，其基本原理是由結(jié)構(gòu)光投射器向被測(cè)物體表面投射可控制的光點(diǎn)、光條或光面結(jié)構(gòu)，并由圖像傳感器(如攝像機(jī))獲得圖像，通過(guò)系統(tǒng)幾何關(guān)系，利用三角原理計(jì)算得到物體的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、便于安裝和維護(hù)的特點(diǎn)，在實(shí)際三維輪廓測(cè)量中被廣泛使用。但是測(cè)量精度受物理光學(xué)的限制，存在遮擋問(wèn)題，測(cè)量精度與速度相互矛盾，難以同時(shí)得到提聞。
[0008](2)立體視覺(jué)測(cè)量:在計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)中，利用兩臺(tái)位置相對(duì)固定的攝像機(jī)或一個(gè)攝像機(jī)在兩個(gè)不同的位置，從不同角度同時(shí)獲取同一景物的兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅圖像中的視差來(lái)獲得其三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)方法最大的特點(diǎn)是拍攝速度快，可以在不到一秒時(shí)間內(nèi)完成拍攝任務(wù)，適合于需要快速測(cè)量場(chǎng)合。但立體視覺(jué)方法數(shù)據(jù)處理量大，處理時(shí)間長(zhǎng)，而且需要進(jìn)行兩幅圖像的匹配，在物體表面灰度和面形變化不大時(shí)，會(huì)影響匹配和測(cè)量精度。
[0009](3)激光測(cè)量:由一個(gè)多邊形鏡頭定位的一根直線可視激光束，通過(guò)高頻掃描來(lái)對(duì)物體表面進(jìn)行掃描測(cè)量；應(yīng)用三角定律，激光束在物體表面經(jīng)反射后由激光接受器接收，然后經(jīng)計(jì)算獲得物體表面的坐標(biāo)。激光掃描可以可以精確地提供三維環(huán)境信息，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，受環(huán)境影響小。但成本高，精度、測(cè)距與掃描速率存在矛盾關(guān)系。
[0010]近年來(lái)，傳統(tǒng)二維圖像/視頻幀的應(yīng)用遇到瓶頸，RGB-D深度攝像機(jī)能夠獲取圖像/視頻幀的深度信息，具有解決真實(shí)世界中計(jì)算機(jī)視覺(jué)問(wèn)題的巨大潛力。隨著傳感器價(jià)格的下降和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，RGB-D深度攝像機(jī)(如微軟的Kinect、華碩的Xt1n等)取得了巨大的成功，在研究領(lǐng)域得到了較多研究，其被應(yīng)用到三維重建、姿態(tài)識(shí)別、對(duì)象識(shí)別、場(chǎng)景理解和動(dòng)作識(shí)別等研究課題中。
[0011]RGB-D深度攝像機(jī)包含3個(gè)攝像機(jī)，包含RGB彩色攝像機(jī)、紅外線發(fā)射器和紅外線COMS攝像機(jī)。RGB-D攝像機(jī)可以同時(shí)獲取RGB圖像和深度圖像數(shù)據(jù)。RGB-D攝像機(jī)深度成像的原理是利用光編碼(Light Coding)技術(shù),其中，紅外線發(fā)射器與紅外線COMS攝像機(jī)成一定角度對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)場(chǎng)景，而不均勻透明介質(zhì)放置于激光發(fā)射器鏡頭前，紅外線發(fā)射器發(fā)射一束紅外線透過(guò)不均勻介質(zhì)后在場(chǎng)景中形成激光散斑，CMOS紅外接收器獲取散斑圖像，并根據(jù)RGB-D攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)三角關(guān)系換算成深度值。最終生成深度圖像流，結(jié)合深度圖圖像坐標(biāo)和小孔成像原理，可以實(shí)時(shí)獲取測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)的物體表面的三維信息。
[0012]與人工測(cè)量和其他三維掃描測(cè)量相比，RGB-D攝像機(jī)深度相機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于:(I)無(wú)需借助識(shí)別其它標(biāo)記點(diǎn)便可一次性獲取場(chǎng)景中所有點(diǎn)的三維信息；(2)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性好，三維模型重建速度快；(3)RGB-D攝像機(jī)拍攝獲取的深度圖分辨率較高；(4)獲取深度信息時(shí)受光照和表面紋理影響??；(5)RGB-D攝像機(jī)價(jià)格低廉，使用成本低；(6)用戶可根據(jù)需要，增加RGB-D攝像機(jī)的數(shù)量，從而獲得更多的細(xì)節(jié)信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，該方法不僅重建速度快，測(cè)量效率高，而且易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量成本低，使用效果好。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)RGB-D攝像機(jī)標(biāo)定:根據(jù)用戶需要，選取至少3臺(tái)數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)，進(jìn)行空間排布，分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)獲得內(nèi)部參數(shù)，并以其中一臺(tái)RGB-D攝像機(jī)為基準(zhǔn)，采用兩兩標(biāo)定的方法進(jìn)行標(biāo)定，獲得它們之間的位置關(guān)系；
(2)重建三維模型:利用RGB-D攝像機(jī)獲取深度圖像，并根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣，將深度圖像變換為三維頂點(diǎn)，得到三維模型。將三維模型進(jìn)行分割、去噪處理，獲得局部足部曲面三維模型，根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置，進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得完整的足部曲面三維模型；
(3)腳型參數(shù)測(cè)量:將完整的足部曲面三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，提取特征并測(cè)量出相應(yīng)的腳型參數(shù)。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟(I)包括以下步驟:
(1.1)選取不同個(gè)數(shù)的RGB-D攝像機(jī)可獲得不同的細(xì)節(jié)信息，用戶可根據(jù)需要，選取至少3臺(tái)數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)，根據(jù)RGB-D的視場(chǎng)角進(jìn)行空間排布，使所有視點(diǎn)下獲取的信息的組合能夠完整表達(dá)整個(gè)足部表面信息；
(1.2)分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的深度攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)，獲取它們的內(nèi)部參數(shù):焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)；
(1.3)選定其中一個(gè)RGB-D攝像機(jī)作為基準(zhǔn)攝像機(jī)，其他RGB-D攝像機(jī)分別與基準(zhǔn)攝像機(jī)進(jìn)行外部參數(shù)的標(biāo)定，獲得其它RGB-D攝像機(jī)與基準(zhǔn)攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，從而得到RGB-D攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系，將多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)一到基準(zhǔn)攝像機(jī)的坐標(biāo)系下。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟(2)包括以下步驟:
(2.1)獲取深度數(shù)據(jù):在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，直接利用RGB-D攝像機(jī)散斑測(cè)距原理快速獲取腳型三維曲面的深度信息，并將深度信息保存為深度圖像；
(2.2)重建三維模型:根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(2.3)點(diǎn)云分割、去噪:將不同RGB-D攝像機(jī)獲得的三維模型通過(guò)分割處理獲得局部足部曲面三維模型，通過(guò)平滑算法進(jìn)行去噪處理，將不包含足部信息的點(diǎn)去除，從而獲得更優(yōu)的局部足部曲面三維模型；
(2.4)點(diǎn)云配準(zhǔn):根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置變換矩陣，將處理后的局部足部曲面三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，從而獲得完整的足部曲面三維模型。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟(3)包括以下步驟:
(3.1)提取腳型特征:將完整的足部曲面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，重建出足部的完整三維模型，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部自由曲面在三維模型中的位置；(3.2)測(cè)量腳型參數(shù):根據(jù)提取的腳型特征，利用三維模型處理軟件中的測(cè)量工具，對(duì)足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高信息進(jìn)行測(cè)量分析，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)，對(duì)局部自由曲面進(jìn)行擬合，獲取局部曲面模型。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明重建速度快，能夠一次性獲得用戶腳型，不用考慮在掃描過(guò)程中因用戶足部移動(dòng)而使重建出的模型產(chǎn)生偏差；采集實(shí)時(shí)性好；RGB-D攝像機(jī)采用LightCoding技術(shù)，使用的是連續(xù)照明，不需要特制的感光材料，只需普通的CMOS感光芯片，能廉價(jià)而有效的捕捉到深度信息，因此可大大降低成本；與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光技術(shù)不同的，RGB-D攝像機(jī)的光源打出去的并不是周期性變化的二維的圖像編碼，而是具有三維縱深的激光散斑，受光照和物體表面紋理的影響??；測(cè)量效率高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中三個(gè)RGB-D攝像機(jī)測(cè)量腳型曲面模型圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中需要測(cè)量的腳型參數(shù)示意圖。
[0021 ] 其中:I代表RGB-D攝像機(jī)I，2代表RGB-D攝像機(jī)2，3代表RGB-D攝像機(jī)3 (基準(zhǔn))。

【具體實(shí)施方式】
[0022]，本發(fā)明利用RGB-D攝像機(jī)快速獲取足部三維腳型信息及三維重建模型的測(cè)量方法，包括以下步驟:
(I)RGB-D攝像機(jī)標(biāo)定:根據(jù)用戶需要，選取不同數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)(至少3臺(tái))，進(jìn)行空間排布。分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)獲得內(nèi)部參數(shù)，并以其中一臺(tái)RGB-D攝像機(jī)為基準(zhǔn)，采用兩兩標(biāo)定的方法進(jìn)行標(biāo)定，獲得它們之間的位置關(guān)系。
[0023]具體包括以下步驟:
(1.1)選取不同個(gè)數(shù)的RGB-D攝像機(jī)可獲得不同的細(xì)節(jié)信息，用戶可根據(jù)需要，選取不同數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)(至少3臺(tái))，根據(jù)RGB-D的視場(chǎng)角進(jìn)行空間排布，使所有視點(diǎn)下獲取的信息的組合能夠完整表達(dá)整個(gè)足部表面信息；
(1.2)分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的深度攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)，獲取它們的內(nèi)部參數(shù):焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)；
(1.3)選定其中一個(gè)RGB-D攝像機(jī)作為基準(zhǔn)攝像機(jī)，其他RGB-D攝像機(jī)分別與基準(zhǔn)攝像機(jī)進(jìn)行外部參數(shù)的標(biāo)定，獲得其它RGB-D攝像機(jī)與基準(zhǔn)攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，從而得到RGB-D攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系，將多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)一到基準(zhǔn)攝像機(jī)的坐標(biāo)系下。
[0024](2)重建三維模型:利用RGB-D攝像機(jī)獲取深度圖像，并根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣，將深度圖像變換為三維頂點(diǎn)，得到三維模型。將三維模型進(jìn)行分割、去噪處理，獲得局部足部曲面三維模型。根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置，進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得完整的足部曲面三維模型。
[0025]具體包括以下步驟:
(2.1)獲取深度數(shù)據(jù):在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，直接利用RGB-D攝像機(jī)散斑測(cè)距原理快速獲取腳型三維曲面的深度信息，并將深度信息保存為深度圖像；
(2.2)重建三維模型:根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(2.3)點(diǎn)云分割、去噪:將不同RGB-D攝像機(jī)獲得的三維模型通過(guò)分割處理獲得局部足部曲面三維模型，通過(guò)平滑算法進(jìn)行去噪處理，將不包含足部信息的點(diǎn)去除，從而獲得更優(yōu)的局部足部曲面三維模型；
(2.4)點(diǎn)云配準(zhǔn):根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置變換矩陣，將處理后的局部足部曲面三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，從而獲得完整的足部曲面三維模型。
[0026](3)腳型參數(shù)測(cè)量:將完整的足部曲面三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，提取特征并測(cè)量出相應(yīng)的腳型參數(shù)，如足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踩聞、外踩聞等。
[0027]具體包括以下步驟:
(3.1)提取腳型特征:將完整的足部曲面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，重建出足部的完整三維模型，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部自由曲面在三維模型中的位置；(3.2)測(cè)量腳型參數(shù):根據(jù)提取的腳型特征，利用三維模型處理軟件中的測(cè)量工具，對(duì)足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高等信息進(jìn)行測(cè)量分析，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)，對(duì)局部自由曲面進(jìn)行擬合，獲取局部曲面模型。
[0028]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]1、如圖1所示,RGB-D攝像機(jī)選用微軟開(kāi)發(fā)的Kinect for windows型號(hào)RGB-D攝像機(jī)。
[0030]2、選擇三臺(tái)Kinect for windows型號(hào)RGB-D攝像機(jī)。分別標(biāo)定這三臺(tái)Kinect forwindows攝像機(jī)獲得內(nèi)部參數(shù),并以其中一臺(tái)Kinect for windows攝像機(jī)為基準(zhǔn),采用兩兩標(biāo)定的方法進(jìn)行標(biāo)定，獲得它們之間的位置關(guān)系。
[0031]2.1選取三臺(tái)Kinect for windows型號(hào)攝像機(jī),安裝在垂直于地面并相互間成120°排布，選擇一個(gè)合適的地方用于放置測(cè)量腳，使得三個(gè)不同視點(diǎn)下獲取的信息進(jìn)行組合能夠完整表達(dá)整個(gè)足部表面信息。
[0032]2.2分別標(biāo)定三臺(tái)Kinect for windows攝像機(jī)的深度攝像機(jī)和彩色攝像機(jī),獲取它們的內(nèi)部參數(shù):焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)。
[0033]2.3選定最下方的Kinect for windows攝像機(jī)作為基準(zhǔn)攝像機(jī)，其他兩臺(tái)Kinect for windows攝像機(jī)分別與基準(zhǔn)攝像機(jī)進(jìn)行外部參數(shù)的標(biāo)定，獲得其它Kinectfor windows攝像機(jī)與基準(zhǔn)攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T,從而得到Kinect forwindows攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系,將三臺(tái)Kinect for windows攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)一到基準(zhǔn)攝像機(jī)的坐標(biāo)系下。
[0034]3、利用Kinect for windows攝像機(jī)獲取深度圖像，并根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣，將深度圖像變換為三維頂點(diǎn)，得到三維模型。將三維模型進(jìn)行分割、去噪處理，獲得局部足部曲面三維模型。根據(jù)Kinect for windows攝像機(jī)之間的相對(duì)位置,進(jìn)行配準(zhǔn),獲得完整的足部曲面三維模型。
[0035]3.1在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下,直接利用Kinect for windows攝像機(jī)散斑測(cè)距原理快速獲取腳型三維曲面的深度信息，并將深度信息保存為深度圖像。
[0036]3.2根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0037]3.3將不同Kinect for windows攝像機(jī)獲得的三維模型通過(guò)分割處理獲得局部足部曲面三維模型，通過(guò)平滑算法進(jìn)行去噪處理，將不包含足部信息的點(diǎn)去除，從而獲得更優(yōu)的局部足部曲面三維模型。
[0038]3.4根據(jù)Kinect for windows攝像機(jī)之間的相對(duì)位置變換矩陣,將處理后的局部足部曲面三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，從而獲得完整的足部曲面三維模型。
[0039]4、將完整的足部曲面三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，提取特征并測(cè)量出相應(yīng)的腳型參數(shù)，如足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高等。
[0040]4.1將完整的足部曲面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，重建出足部的完整三維模型，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部自由曲面在三維模型中的位置；圖2為一些常用的腳型特征參數(shù)定義:L1 一足長(zhǎng)；L2—足寬；H1—足趾高；H2—外踝高；H3—內(nèi)踩聞；C1一足弓圍。
[0041]4.2根據(jù)提取的腳型特征，利用三維模型處理軟件中的測(cè)量工具，對(duì)足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高等信息進(jìn)行測(cè)量分析，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)，對(duì)局部自由曲面進(jìn)行擬合，獲取局部曲面模型。
[0042]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)RGB-D攝像機(jī)標(biāo)定:根據(jù)用戶需要，選取至少3臺(tái)數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)，進(jìn)行空間排布，分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)獲得內(nèi)部參數(shù)，并以其中一臺(tái)RGB-D攝像機(jī)為基準(zhǔn)，采用兩兩標(biāo)定的方法進(jìn)行標(biāo)定，獲得它們之間的位置關(guān)系； (2)重建三維模型:利用RGB-D攝像機(jī)獲取深度圖像，并根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣，將深度圖像變換為三維頂點(diǎn)，得到三維模型； 將三維模型進(jìn)行分割、去噪處理，獲得局部足部曲面三維模型，根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置，進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得完整的足部曲面三維模型； (3)腳型參數(shù)測(cè)量:將完整的足部曲面三維模型導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，獲取足部曲面三維信息，提取特征并測(cè)量出相應(yīng)的腳型參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，其特征在于，所述步驟(I)包括以下步驟: (1.1)選取不同個(gè)數(shù)的RGB-D攝像機(jī)可獲得不同的細(xì)節(jié)信息，用戶可根據(jù)需要，選取至少3臺(tái)數(shù)量的RGB-D攝像機(jī)，根據(jù)RGB-D的視場(chǎng)角進(jìn)行空間排布，使所有視點(diǎn)下獲取的信息的組合能夠完整表達(dá)整個(gè)足部表面信息； (1.2)分別標(biāo)定多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的深度攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)，獲取它們的內(nèi)部參數(shù):焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)； (1.3)選定其中一個(gè)RGB-D攝像機(jī)作為基準(zhǔn)攝像機(jī)，其他RGB-D攝像機(jī)分別與基準(zhǔn)攝像機(jī)進(jìn)行外部參數(shù)的標(biāo)定，獲得其它RGB-D攝像機(jī)與基準(zhǔn)攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，從而得到RGB-D攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系，將多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)一到基準(zhǔn)攝像機(jī)的坐標(biāo)系下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟: (2.1)獲取深度數(shù)據(jù):在不粘貼任何標(biāo)記點(diǎn)的情況下，直接利用RGB-D攝像機(jī)散斑測(cè)距原理快速獲取腳型三維曲面的深度信息，并將深度信息保存為深度圖像； (2.2)重建三維模型:根據(jù)內(nèi)部校準(zhǔn)矩陣將圖像坐標(biāo)系下的深度圖像變換為攝相機(jī)坐標(biāo)系下的三維頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)坐標(biāo)表示出法線貼圖，并根據(jù)剛體變換矩陣將三維頂點(diǎn)和法線貼圖轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，獲取足部表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (2.3)點(diǎn)云分割、去噪:將不同RGB-D攝像機(jī)獲得的三維模型通過(guò)分割處理獲得局部足部曲面三維模型，通過(guò)平滑算法進(jìn)行去噪處理，將不包含足部信息的點(diǎn)去除，從而獲得更優(yōu)的局部足部曲面三維模型； (2.4)點(diǎn)云配準(zhǔn):根據(jù)RGB-D攝像機(jī)之間的相對(duì)位置變換矩陣，將處理后的局部足部曲面三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，從而獲得完整的足部曲面三維模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多臺(tái)RGB-D攝像機(jī)下的足部表面三維信息獲取方法，其特征在于，所述步驟(3)包括以下步驟: (3.1)提取腳型特征:將完整的足部曲面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型處理軟件中，重建出足部的完整三維模型，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要，提取出相應(yīng)特征點(diǎn)、線、局部自由曲面在三維模型中的位置；(3.2)測(cè)量腳型參數(shù):根據(jù)提取的腳型特征，利用三維模型處理軟件中的測(cè)量工具，對(duì)足長(zhǎng)、足寬、足趾高、足弓圍、內(nèi)踝高、外踝高信息進(jìn)行測(cè)量分析，獲取相應(yīng)的腳型特征參數(shù)，對(duì)局部自由曲面進(jìn)行擬合，獲取局部曲面模型。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104126989SQ201410367191
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】何炳蔚, 雷阿唐, 沈恒華, 趙強(qiáng) 申請(qǐng)人:福州大學(xué)