[发明专利]人体三维成像方法及系统

摘要

本发明适用于三维成像技术领域，提供了一种人体的三维成像方法及系统、多控制基站同时标定方法。其在各分布式传感器的有效视场无空间重叠的条件下，实现了所有传感器结构参数与其全局匹配参数的标定。还利用相移与随机结构光结合的对应点查找方法，减少了单视点深度数据获取的图像采集时间。还利用时间复用的思想，压缩了系统整体的数据采集时间，同时分布计算的设计增强整个系统的计算能力，提高数据获取速度。根据标定各不同传感器的全局匹配参数，实现不同传感器深度数据的自动匹配。该系统调试和扩展方便，自动化程度高，三维扫描过程简易。

主权项

一种人体三维成像方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤A，若干控制基站在接收到控制中心的采集指令后对人体进行编码图案投影，并同时采集从各自视角所观察到的人体图像信息，各控制基站再对各自的人体图像信息进行深度计算，得到在各自局部坐标系下的三维几何深度数据；其中，所述若干控制基站之间互联，且围绕人体布设形成一个完全覆盖人体的测量空间，每个控制基站均包括纵向设置的两个三维传感器，该两个三维传感器分别用于从该控制基站的视角获取人体上下两部分的三维几何深度数据和纹理数据；控制基站先进行人体图像采集，再对其采集的人体图像进行深度计算，而在对第i个采集的人体图像进行深度计算的同时开始进行第i+1个人体图像的采集；每个控制基站的两个三维传感器所采集的上半身图像和下半身图像互不重叠，且可拼接成从其视角所观察到的人体的完整图像，定义采集上半身图像、下半身图像的相机分别为第一、第二相机；其中，通过下述方法对人体图像信息进行深度计算得到三维几何深度数据：步骤A1，根据预先标定的第一、第二相机的参数，对上半身图像和下半身图像进行极线矫正，使得上半身图像和下半身图像相同的纵坐标有极线对应关系；步骤A2，根据4步相移算法，利用已极线矫正的相移图计算得到第一、第二相机的折叠相位；步骤A3，第一相机的折叠相位中像素位置pl(i,j)的折叠相位值为w(i,j)，遍历第二相机第j行，能在每个折叠周期内查找到相位差最小的像素位置pr(ir,j)，这些像素位置pr都作为第一相机像素位置pl的对应候选点；步骤A4，将第一、第二相机的伪随机编码图像作为目标图像和待匹配图像，考虑人体图像上以pl为中心的匹配窗口大小为(2w+1)×(2w+1)，该窗口内任一像素pl的灰度值记为pl(ul,ul)，而候选选点pr在待匹配图像上的相应点的灰度为pr(ur,ur)，这两窗口的归一化互相关测度函数NCC如下式所示：Ncc(Il,Ir)=F(i,j,ir,j)={Σu=-w,wΣv=-ww(pl(i+u,j+v)-pl‾)*(pr(ir+u,j+v)-pr‾)}2{Σu=-w,wΣv=-ww(pl(i+u,j+v)-pl‾)}2*{Σu=-w,wΣv=-ww(pr(ir+u,j+v)-pr‾)}2]]>其中分别为该窗口的图像平均灰度，u、v分别为在选定的匹配窗口的坐标，pl(i+u,j+v)为第一相机在窗口中像素(i+u,j+v)位置的灰度值，pr(ir+u,j+v)为第二相机在窗口中像素为(ir+u,j+v)位置的灰度值，经过极线矫正后每个候选点有着相同的纵坐标j，遍历第二相机所有候选点(ir,j)与第一相机(i,j)位置的相关值都能得到一个相关测度函数值，其中只有对应点有着较高的相关值，通过设定阈值可以在众多候选点中得到第一、第二相机的像素级对应点；步骤A5，得到像素级对应点之后，根据第一、第二相机的折叠相位值差值得到亚像素的对应关系，然后结合预先标定的第一、第二相机的内参和结构参数，重建三维几何深度数据；步骤B，各控制基站将三维几何深度数据从各自的局部坐标系下变换到全局坐标系；步骤C，各控制基站再对人体进行白光投影,然后采集从各自视角所观察到的人体颜色的纹理数据，将纹理数据连同步骤B变换后的三维几何深度数据一并发送至控制中心；步骤D，控制中心接收各控制基站传输的全局坐标系下的三维几何深度数据与其相对应的表面纹理数据,控制中心首先将各控制基站所采集的三维几何深度数据进行拼接得到人体三维模型,再对所述人体整体模型去除冗余,得到融合后的人体三维模型；控制中心然后对各个控制基站所采集的所有人体颜色的相重叠部分的纹理数据加权运算，得到融合后的纹理数据；控制中心最后将融合后的人体三维模型与融合后的纹理数据进行一一对应关联。