[发明专利]基于数码相机的鞋楦三维测量方法及制备的鞋楦

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种基于数码相机利用多幅特征曲线图像对鞋楦进行三维测量的方法。

背景技术

鞋楦是制鞋的基础和重要模具，鞋楦作为鞋子的母体，不仅决定了鞋子的长短肥瘦和造型，还决定了鞋子穿着舒适性，因此，鞋楦的形状至关重要。每个人的脚的形状各不一样，要想最大程度的实现量脚订制，每人制作一个鞋楦，是不切实际的。而借助于三维扫描仪，逆向工程却可以实现。将已有的标准鞋楦进行三维测量，将模型数据化，再用相关软件对鞋楦曲面进行三维实体造型，得到标准鞋楦的三维图形。再利用造型设计工具，根据顾客的脚型数据改动鞋楦的轮廓和截面特征，并据此对脚型的实测数据进行修改，就可以得到新的鞋楦造型数据，然后生成加工代码就可以制造鞋楦，这样人们就可以量脚订制出完全符合自己脚形的鞋子了。

鞋楦的自由曲面的测量、生成和三维重建，在制鞋业中有着广泛的应用前景。目前，对于鞋楦实体，常用的方法一是采用手工测量，即将楦体用橡皮泥固定，用游标卡尺、千分尺、布袋尺以及三角尺等工具测量，由于楦体是自由曲面体，利用这些工具进行测量，得到的数据自然不准确；二是采用三坐标测量机(CMM)进行测量，采用关节式测量手臂，对鞋楦各特征曲线进行手工扫描，测量出特征曲线的坐标数据，通过曲面拟合完成其实体建模；三是采用三维激光扫描仪进行测量以及三维光栅式鞋楦扫描仪，其利用结构光非接触照相测量原理，结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的三维非接触式测量产品。这两者扫描所得的均为点云数据，这些数据对于提取特征曲线非常困难。虽然后两种扫描后的数据达到设计要求，但往往产品价格昂贵。

如同鞋基本形状取决于鞋楦一样.鞋楦的基本几何特征由脚的特征尺寸所决定。符合人体工程学的要求是鞋楦设计的基础，一双不合脚的鞋是不能满足人们最起码的穿着要求。鞋楦尺寸主要包括三类基本尺寸，即，底样、侧轮廓和围长。一旦确定了这些尺寸，就可以大抵确定鞋楦的整体造型。

自由曲面物体常常含有明显的曲线结构。如前所述，对于鞋楦而言，鞋楦自身的特征曲线，决定了鞋子式样几何形状。结构光照射测量法、激光线扫描测量法等获得的都是表面的整体点云或网格数据，一方面输出的数据量十分庞大，另一方面却不能直接显式地获取所需的特征曲线数据。而且，这些方法输出的测量数据通常在模型的光滑平坦区域的效果比较好，而恰恰在关键的角点和棱边处的测量效果较差。因此，对如何重建曲线的方法进行研究是非常有意义的。

一些学者提出了基于曲线的立体视觉(Curve-Based Stereo)。在曲线的重建过程中，难点在于图像间同名曲线的点对应不能直接利用图像中的信息，因为除了曲线上的端点之外，在曲线上没有显著的特征。有的学者研究了基于多幅图像的利用仿射形状进行曲线重建的算法。基于多幅图像的代数曲线重建算法也有文献提出。华中科技大学的Xiao等研究了基于参数模型的B样条曲线三维重建方法，获得了比较理想的重建结果、较低的算法复杂性、具有较强的鲁棒性。但该方法是以透视投影的仿射近似为前提。由于B样条曲线只是在仿射投影下是不变的，而在透视投影下，尤其是近景拍摄中，这种不变性是近似的，这种近似必然带来误差。香港大学的Mai等重建了在部分图像曲线丢失或遮挡的情况下的三维曲线，但该方法也是以透视投影的仿射近似为前提，重建后的三维曲线的误差较大。Wu等研究了带有曲线特征结构(棱边)物体的摄影测量方法，给出了图像间同名曲线匹配的优化策略，但是该方法对模型上的角点和棱边等重建目标均采用完全的交互指定，一方面工作量大，另一方面精度得不到保证，不适合工业产品测量建模，对棱边等线目标完全靠鼠标的拖动进行提取也是十分不方便和不精确的。Zheng等针对两幅图像不存在遮挡的情况下对曲线进行三维重建。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上面提到的鞋楦测量方法中存在的各种缺陷，提供一种基于数码相机利用多幅特征曲线图像对鞋楦进行三维测量的方法，其具有测量硬件简单、价格低廉、测量方式灵活、可以在图像曲线存在部分缺失或部分遮挡的情况下进行特征曲线的三维重建，并获得较高的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数码相机的鞋楦三维测量方法，其包括如下步骤：

第一步，鞋楦布线，根据决定鞋楦几何形状的特征进行布线，从而标记出需要重建的目标曲线作为标记曲线；

第二步，图像拍摄，用数码相机对标记后的鞋楦从不同角度进行拍摄获取多幅图像；

第三步，图像特征曲线获取，对所述各图像中鞋楦的标记曲线线条进行图像处理提取标记曲线的骨架，利用改进的snake模型拟合这些骨架，获得所述图像特征曲线；