[发明专利]基于结构光投影的三维全脸照相系统及其照相方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维测量领域，特别涉及一种基于结构光投影的三维全脸照相系统及方法。

背景技术

从数字图像中计算物体面形三维数据是光学三维传感领域长期研究的焦点，而有着高速、高精度和非接触优点的光学三维测量技术一直是研究的热点。近来，在工业测量、逆向工程、视觉导航、航空航天、影视娱乐、虚拟现实、整形美容等领域，特别在用于国家安防领域的3D人脸识别和3D打印行业受到极度的关注和研究。基于三角测量原理的三维测量技术已有几十年的研究，新技术方案层出不穷，应用领域不断拓展，以此为基础的三维面形测量产品研发进展非常迅速，已经在很多领域取得了较大的成功。

随着信息网络的高速发展，信息安全、公共安全已经成为关系国计民生的重大领域，生物特征识别技术近年发展迅猛，指纹识别、虹膜识别、掌纹识别、人脸识别等很多技术都已经有比较成熟的产品，特别是人脸识别技术因其适应场景广、非接触的特点获得了广泛的关注。目前成熟的人脸识别技术大多基于二维人脸识别技术，而该技术受角度、光照、年龄、表情、饰物等方面的影响导致基于二维图像的人脸识别应用受到了极大的限制。

为了解决二维识别技术面临的角度瓶颈，三维人脸识别就要要求有左耳到右耳的三维全脸数据。然而，目前市场上很少有针对人像的具有高精度点云、高保真纹理、数据处理自动化程度高以及拍摄时间耗时短的三维全脸数据采集方案。

发明内容

本发明的目的在于：实现左耳到右耳或右耳到左耳180度范围的三维全脸数据采集，并进一步解决三维人脸图像采集过程用时长，被采集者有过多的轻微运动而影响人脸图像采集的精度，以及被采集者的用户体验差，对被采集者的眼睛干扰大的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于结构光投影的三维全脸照相系统，其包括处理单元和至少两个测量单元，所述测量单元均与所述处理单元连接，其中，

所述测量单元包括投影组件、照相元件和同步模块，所述同步模块输出结构光视频至所述投影组件，所述投影组件将所述结构光视频投影在被采集者的面部，而且所述同步模块每发送一帧所述结构光视频，同时还发送一个触发信号至所述照相元件，使所述照相元件拍摄被采集者的人脸图像，并且所述照相元件将拍摄的人脸图像实时传输至所述处理单元；

所述测量单元依次完成对被采集者的人脸图像的采集，并且当全部的所述测量单元采集完成后，所述处理单元根据每个所述测量单元采集的人脸图像，以及所述测量单元中所述照相元件的标定参数和所述测量单元间的标定参数，而生成被采集者面部的三维模型。

根据一种具体的实施方式，所述触发信号为脉冲信号，并且在所述同步模块在发送每一帧所述结构光视频的起始时刻，发送所述触发信号至所述照相元件，以使所述照相元件的曝光时间涵盖在所述投影组件投影每一帧所述结构光视频的出光时间内。

根据一种具体的实施方式，所述处理单元分别与每个所述测量单元连接，以接收每个所述测量单元实时传输的人脸图像，并控制每个所述测量单元在依次完成对被采集者的人脸图像的采集。

根据一种具体的实施方式，所述处理单元分别与每个所述测量单元连接，并且每个所述测量单元依次连接，所述测量单元在完成对被采集者的人脸图像的采集后，发送切换信号至下一个所述测量单元，使下一个所述测量单元开始对被采集者的人脸图像的采集，直至全部的所述测量单元完成对被采集者的人脸图像的采集。

根据一种具体的实施方式，所述照相元件由两台彩色相机构成，所述照相元件拍摄的人脸图像为被采集者面部的彩色图像，所述处理单元对所述彩色图像进行处理，获得纹理图像和灰度图像，并根据所述测量单元中两台所述彩色相机的标定参数和所述测量单元间的标定参数，而生成被采集者面部的三维模型。

根据一种具体的实施方式，所述照相元件由一台彩色相机和两台黑白相机构成，所述照相元件拍摄的人脸图像包括为被采集者面部的彩色图像和被采集者面部的黑白图像，所述处理单元分别对所述彩色图像和所述黑白图像进行处理，而获得纹理图像与灰度图像，并根据所述测量单元中所述彩色相机与两台所述黑白相机的标定参数以及所述测量单元间的标定参数，而生成被采集者面部的三维模型。

基于同一发明构思，本发明还提供一种应用于本发明基于结构光投影的三维全脸照相系统的照相方法，其包括如下步骤，