[发明专利]一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法

说明书

本发明公开了一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法，通过深度相机采集脚部点云并进行点云预处理，将预处理后的点云按采集来源两两组合为一组，输入PREDATOR网络进行粗匹配，然后采用NICP算法进行精准匹配，将精准匹配的点云融合成一个点云；对融合后的点云的表面点云进行光滑处理，然后使用alpha‑shape表面重建算法获得三维脚模型；对融合后的点云进行数据测量获得足部的长度、宽度、高度以及围长。本发明基于四个深度相机作为脚部三维图像采集装置，使得硬件成本降低的同时又能保证精度在可用范围内；使用PREDATOR网络进行粗匹配和NICP算法进行精确匹配相结合，适合人体足部点云，重建精度高。

技术领域

本发明涉及三维脚模型测量技术领域，具体是一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法。

背景技术

人们在购买鞋时必定要经过鞋码选配阶段，有时也要通过反复试穿才能确定合适的鞋子。当前，有关鞋型码数的匹配都是根据销量进行分段式设计，为了能尽量匹配大部分人的脚型，每个标准鞋码都相差5-10mm左右。但是，这往往就导致人们选鞋时不能选到完全合适的鞋子。而且，我国存在部分畸形脚型患者，分段式的鞋码设计无法满足他们的穿鞋需求，不合脚的鞋子甚至可能损害其膝盖和腰部。因此，为了更加高效解决鞋子个性化的需求，推出自动化的足部测量设备就显得十分必要。

目前，三维重建技术不断发展，对物体的重建精度不断提高，这使得对三维重建后的足部模型进行测量的精度完全可以媲美手工测量的精度。由于人体的皮肤是柔性物体，且使用者站立时不免会有摇动，所以如何快速全方位地获取整只脚的三维信息是足部三维重建亟需解决的问题。三维重建中通常使用深度相机来获取物体各个部分与镜头之间的距离及深度信息。在多个角度利用深度相机获取深度信息后，将各个方向的深度信息整合到同一坐标下，即可获得物体整体的三维信息。

现有技术中，对足部进行三维重建并测量的往往都有以下几种方式：一是通过激光线扫平台进行足部的三维重建，这种技术常用于医疗诊断，价格昂贵设备庞大，并不适用线下门店推广；二是通过在平台上放置电机，通过旋转深度相机，获取全方位的点云，合成同一幅点云。但是由于人体并非静止，而为了获取稳定的图像，电机旋转速度较慢，如果在等待相机旋转的过程中移动足部，会导致精度下降；三是通过在平台上放置多台固定位置深度相机，利用多个相机代替电机旋转的效果，但是由于高精度深度相机比较昂贵，不可能放置过多的设备，而使用对多个深度相机采集的点云使用点云匹配算法时，需要被匹配的点云有大量重叠部分，而随着深度相机的数量增加成本又随之水涨船高，另外，选择固定相机位置的方式需通过位姿标定来进行重建，这就导致在设备量产时必须保证相机的装配位置绝对精准，提高了生产成本和难度。故此，需对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法，用以快速准确地重建三维脚模型并进行足部参数的测量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法，具体过程如下：

S1、搭建脚部三维图像采集装置，脚部三维图像采集装置包括不同采集方向的深度相机，然后采用标定块对深度相机进行标定同步到同一坐标系；

S2、通过深度相机采集不同方向上的脚部点云并发送至上位机分别进行点云预处理，获得同一个坐标系上的预处理后的点云；

S3、将所述预处理后的点云按采集来源两两组合为一组，输入PREDATOR网络进行粗匹配，获得粗匹配后的变换矩阵，并使用粗匹配后的变换矩阵与所述预处理后的点云变换获得同一坐标系上的粗匹配后的点云；

S4、将所述粗匹配后的点云按采集来源两两组合，采用基于法向量和曲率的NICP算法对两两组合的每组粗匹配后的点云进行精准匹配，获得精准匹配的变换矩阵，并使用精准匹配的变换矩阵对粗匹配后的点云变换获得位于同一坐标系上的精准匹配的点云；然后将精准匹配的点云进行融合成一个点云；