專利名稱：三維足部掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維足部掃描儀，尤指一種涉及照相的三維足部掃描儀，它能形 成人體足部的圖像或三維數(shù)據(jù)記錄，用于鞋楦的制作。
背景技術(shù)：
制鞋業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型行業(yè)。但是隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和機(jī)械自動(dòng)化的快速發(fā)展，使得制鞋業(yè)由傳統(tǒng)的手工業(yè)向現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)輔 助及機(jī)械化自動(dòng)制鞋方向變革。鞋樣設(shè)計(jì)軟件、鞋楦設(shè)計(jì)軟件、三維激光掃描儀及自動(dòng)鞋楦 機(jī)等軟件和機(jī)器現(xiàn)已經(jīng)廣泛使用。
在整個(gè)鞋類自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造流程中，使用足部掃描儀獲取人的足部三維信息是至 關(guān)重要的一環(huán)。只有準(zhǔn)確而快速地獲取到足部的三維數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確地得到足部的各項(xiàng)特 征及參數(shù)，其后的鞋楦設(shè)計(jì)及制造等工序才能順利完成，而制作出來(lái)的鞋也會(huì)更加適合使 用者。尤其是近年來(lái)，客戶定制成為制鞋業(yè)新的發(fā)展方向，于是制造一臺(tái)精確、實(shí)用和便宜 的三維足部掃描儀就顯得尤為重要。
雖然現(xiàn)在的激光和紅外光源的非接觸技術(shù)相對(duì)成熟，且已經(jīng)有不少包括國(guó)內(nèi)外的 公司推出了基于激光的三維足部掃描儀。但是基于激光的三維掃描儀由于使用了激光發(fā)射 器，使得其需要來(lái)回移動(dòng)掃描腳部，耗時(shí)且影響精度；同時(shí)激光掃描儀的造價(jià)相對(duì)較高，一 臺(tái)三維激光足部掃描儀的價(jià)格通常在幾十萬(wàn)人民幣。這樣高價(jià)的足部掃描儀無(wú)疑大大增加 了為客戶度身定制鞋子的成本，制約了制鞋業(yè)的發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有基于激光的足部掃描儀耗時(shí)且成本較高 的缺陷，提供一種采用普通攝像頭拍照的三維足部掃描儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種三維足部掃描儀，首先利 用多個(gè)攝像頭拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部的照片，利用圖像處理的方法將拍攝到的腳部的 圖像進(jìn)行校正和拼接，并提取完整的足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部輪廓；還可以進(jìn)一步運(yùn)用輪廓約 束算法并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)三維腳部數(shù)據(jù)生成足部三維模型。
本發(fā)明提供了一種三維足部掃描儀，包括足部掃描裝置，用于拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)圖 像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像；以及足部圖像分析系統(tǒng)，用于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足 部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行分析以獲取三維足部數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明所述的三維足部掃描儀中，所述足部掃描裝置包括用于承托足部的掃描 支架，以及設(shè)于所述掃描支架兩側(cè)并朝向所述掃描支架中心設(shè)置的內(nèi)側(cè)攝像頭組、外側(cè)攝 像頭組和底部攝像頭組。
在本發(fā)明所述的三維足部掃描儀中，所述掃描支架包括水平設(shè)置的承托板，所述 承托板中心為用于放置足部的由透明材料制成的足部區(qū)，所述足部區(qū)兩側(cè)設(shè)有豎板，所述 內(nèi)側(cè)攝像頭組和外側(cè)攝像頭組安裝在所述豎板上，且朝向所述足部區(qū)以采集所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像和足部外側(cè)圖像；所述底部攝像頭組安裝在所述足部區(qū)下方，且正面朝向所述足部區(qū) 以采集所述足部底部圖像。
在本發(fā)明所述的三維足部掃描儀中，所述內(nèi)側(cè)攝像頭組、外側(cè)攝像頭組和底部攝 像頭組皆包括多個(gè)參數(shù)相同的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
在本發(fā)明所述的三維足部掃描儀中，所述足部圖像分析系統(tǒng)包括圖像處理模塊， 用于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行校正和拼接；數(shù)據(jù)獲取模塊， 與所述圖像處理模塊相連，用于采用邊緣檢測(cè)算法對(duì)圖像處理后的足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外 側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲取足部?jī)?nèi)側(cè)、足部外側(cè)和足部底部的輪廓邊緣 坐標(biāo)作為三維足部數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明所述的三維足部掃描儀中，所述足部圖像分析系統(tǒng)還包括模型生成模 塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊相連，用于根據(jù)所述三維足部數(shù)據(jù)，結(jié)合保存的標(biāo)準(zhǔn)腳模型，調(diào)用 輪廓約束算法生成當(dāng)前足部的三維模型。
實(shí)施本發(fā)明的三維足部掃描儀，具有以下有益效果
本發(fā)明的三維足部掃描儀主要采用攝像頭對(duì)足部進(jìn)行拍照，再由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行 分析，整個(gè)裝置的生產(chǎn)成本非常低，這是價(jià)格昂貴的三維激光掃描儀所無(wú)法比擬的；并且在 保證一定精度，尤其是保證定制鞋楦所需測(cè)量的腳部各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確度的前提下，減少了 掃描所需時(shí)間。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀的足部掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀的足部掃描裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀的足部圖像分析系統(tǒng)的模塊示意圖如至圖如是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀獲取足部?jī)?nèi)側(cè)輪廓的示意圖fe至圖k是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀獲取足部外側(cè)輪廓的示意圖6a至圖6e是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀獲取足部底部輪廓的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀生成的足部三維模型。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的目的就是要降低足部掃描儀的成本，推動(dòng)為客戶度身定制鞋子的發(fā)展。 本發(fā)明首先利用多個(gè)攝像頭拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部的照片，利用圖像處理的方法將拍 攝到的腳部的圖像進(jìn)行校正和拼接，并提取完整的足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部輪廓；還可以進(jìn)一 步運(yùn)用輪廓約束算法并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)三維腳部數(shù)據(jù)生成足部三維模型。
本發(fā)明提供的三維足部掃描儀，包括足部掃描裝置和足部圖像分析系統(tǒng)。其中，足 部掃描裝置用于拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像。足部圖像分析系統(tǒng)用 于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行分析以獲取三維足部數(shù)據(jù)。在 實(shí)際運(yùn)用中，三維足部掃描儀包括一臺(tái)三維足部掃描裝置及與之連接的計(jì)算機(jī)。足部掃描裝置完成采集腳部圖像并傳輸至與之連接的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)上安裝的圖像處理軟件完成 對(duì)圖像的處理和三維數(shù)據(jù)的生成。
下面分別對(duì)足部掃描裝置和足部圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
足部掃描裝置包括用于承托足部的掃描支架，以及分別設(shè)于所述掃描支架兩側(cè)和 底部并朝向所述掃描支架中心的內(nèi)側(cè)攝像頭組、外側(cè)攝像頭組以及底部攝像頭組。內(nèi)側(cè)攝 像頭組、外側(cè)攝像頭組以及底部攝像頭組皆包括多個(gè)參數(shù)相同的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，以保障所采 集圖像的準(zhǔn)確性。在本實(shí)施例中，每組攝像頭組包括2個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
如圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀的足部掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。掃 描支架包括水平設(shè)置的承托板1，所述承托板1中心為用于放置足部的由透明材料制成的 足部區(qū)2，所述足部區(qū)2兩側(cè)設(shè)有豎板3和4。
在本實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)攝像頭組包括安裝在豎板3上的內(nèi)側(cè)攝像頭7和內(nèi)側(cè)攝像頭 8，且內(nèi)側(cè)攝像頭7和內(nèi)側(cè)攝像頭8朝向所述足部區(qū)2以采集所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像。外側(cè)攝像 頭組包括安裝在豎板4上的外側(cè)攝像頭9和外側(cè)攝像頭10，且外側(cè)攝像頭9和外側(cè)攝像頭 10也朝向所述足部區(qū)2以采集所述足部外側(cè)圖像。底部攝像頭組包括安裝在所述足部區(qū)2 下方的底部攝像頭5和底部攝像頭6，且均正面朝向所述足部區(qū)2以采集所述足部底部圖 像。這些網(wǎng)絡(luò)攝像頭的型號(hào)相同且焦距相同。按照?qǐng)D1所示的位置和尺寸安裝固定好后首 先進(jìn)行標(biāo)定，得到各個(gè)攝像頭的內(nèi)、外參數(shù)，并存放于軟件中。請(qǐng)結(jié)合參閱圖2，為根據(jù)本發(fā) 明的三維足部掃描儀的足部掃描裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖(攝像頭未示出)。在此，可以對(duì)掃 描支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行變換，只需保證各個(gè)攝像頭安裝在足部區(qū)2的左右兩側(cè)以及下方即可。
在掃描開(kāi)始時(shí)，位于本發(fā)明的足部掃描裝置的兩側(cè)和底部的三組攝像頭同時(shí)拍攝 照片，并將圖片數(shù)據(jù)傳輸至與足部掃描裝置相連接的足部圖像分析系統(tǒng)。該足部掃描裝置 掃描一次，可同時(shí)得到腳的足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部的照片。
請(qǐng)參閱圖3，為根據(jù)本發(fā)明的三維足部掃描儀的足部圖像分析系統(tǒng)的模塊示意圖。 如圖3所示，本發(fā)明提供的足部圖像分析系統(tǒng)至少包括圖像處理模塊302和數(shù)據(jù)獲取模塊 304。
其中，圖像處理模塊302用于對(duì)足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn) 行校正和拼接。數(shù)據(jù)獲取模塊304與所述圖像處理模塊302相連，用于采用邊緣檢測(cè)算法 對(duì)圖像處理后的足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲取足部 內(nèi)側(cè)、足部外側(cè)和足部底部的輪廓邊緣坐標(biāo)作為三維足部數(shù)據(jù)。
請(qǐng)結(jié)合參閱圖如至圖如、圖至圖k以及圖6a至圖6e。其中，圖如和圖4b分 別為底部攝像頭5和底部攝像頭6拍攝的足部底部圖像，圖如和圖4d分別為經(jīng)過(guò)圖像處 理模塊302校正后的圖像，圖如為經(jīng)過(guò)圖像處理模塊302拼接以及經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)獲取模塊304 檢測(cè)后獲取的足部底部輪廓。同理，圖fe和圖恥分別為內(nèi)側(cè)攝像頭7和內(nèi)側(cè)攝像頭8拍 攝的足部底部圖像，圖5c和圖5d分別為經(jīng)過(guò)圖像處理模塊302校正后的圖像，圖k為經(jīng) 過(guò)圖像處理模塊302拼接以及經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)獲取模塊304檢測(cè)后獲取的足部?jī)?nèi)側(cè)輪廓。同理， 圖6a和圖6b分別為外側(cè)攝像頭9和外側(cè)攝像頭10拍攝的足部外側(cè)圖像，圖6c和圖6d分 別為經(jīng)過(guò)圖像處理模塊302校正后的圖像，圖6e為經(jīng)過(guò)圖像處理模塊302拼接以及經(jīng)過(guò)數(shù) 據(jù)獲取模塊304檢測(cè)后獲取的足部外側(cè)輪廓。
本發(fā)明三維足部掃描儀的核心算法包括確保獲得準(zhǔn)確的足部的內(nèi)側(cè)、外側(cè)和底部輪廓數(shù)據(jù)和輪廓約束算法兩部分。其附帶軟件基于Windows XP平臺(tái)，簡(jiǎn)便易用。足部的內(nèi) 側(cè)、外側(cè)和底部輪廓包含了包括腳長(zhǎng)、腳寬、各節(jié)趾高等多項(xiàng)參數(shù)。所以，如何獲取到準(zhǔn)確 的各個(gè)輪廓對(duì)于以后的三維腳模型的生成至關(guān)重要。首先，本發(fā)明對(duì)攝像頭各項(xiàng)參數(shù)的選 取及其所擺放的位置進(jìn)行了精密的計(jì)算和設(shè)計(jì)，使得攝像頭滿足與所拍攝腳平行、腳尖和 腳跟在照片視野中心、拼接點(diǎn)在最優(yōu)位置等條件從而保證經(jīng)過(guò)處理和拼接之后的腳圖像完 整、真實(shí)而且精確。拼接成功后，運(yùn)用圖像處理學(xué)的邊緣檢測(cè)算法對(duì)完整的腳圖像進(jìn)行邊緣 檢測(cè)，得到腳內(nèi)、外側(cè)和底部的輪廓邊緣坐標(biāo)。
該足部圖像分析系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括模型生成模塊306，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊 304相連，用于根據(jù)所述三維足部數(shù)據(jù)，結(jié)合保存的標(biāo)準(zhǔn)腳模型，調(diào)用輪廓約束算法生成當(dāng) 前足部的三維模型。在得到精確的足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部的輪廓邊緣坐標(biāo)之后，模型生成模 塊30結(jié)合先前已有的標(biāo)準(zhǔn)腳模型，調(diào)用輪廓約束算法即可生成新的當(dāng)前足部的三維模型， 如圖7所示。
如上所述，本發(fā)明的三維足部掃描儀在使用時(shí)，客戶坐好并將腳放置于指定的足 部區(qū)2，掃描開(kāi)始，三組攝像頭同時(shí)拍攝照片，并將圖片數(shù)據(jù)傳輸至與足部掃描裝置相連接 的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。軟件利用圖像處理的方法將拍攝到的腳部的圖像進(jìn)行校正、拼接，并提取完 整的內(nèi)、外側(cè)及底部輪廓；運(yùn)用輪廓約束算法并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)三維腳部數(shù)據(jù)生成新的三維模型， 并保存。整個(gè)過(guò)程，包括拍攝和軟件運(yùn)行，所需的時(shí)間控制在5秒左右。
本發(fā)明的三維足部掃描儀主要組成部件為網(wǎng)絡(luò)攝像頭和軟件部分，所以整個(gè)裝置 的生產(chǎn)成本非常低，這是價(jià)格昂貴的三維激光掃描儀所無(wú)法比擬的，其縮短了交貨期，提高 生產(chǎn)效率，最終增加市場(chǎng)占有率和利潤(rùn)。并且，為了保證掃描的精度，軟件中開(kāi)發(fā)了多種算 法，以保證設(shè)計(jì)鞋楦所必需的多項(xiàng)腳部參數(shù)的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明降低了三維足部掃描儀的成本，推動(dòng)為客戶度身定制鞋子的發(fā)展。從而使 得在每個(gè)鞋子零售店實(shí)現(xiàn)腳部三維數(shù)據(jù)采集成為可能，顧客定制自己喜歡和舒適的鞋子變 為現(xiàn)實(shí)。
本發(fā)明是根據(jù)特定實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā) 明范圍時(shí)，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場(chǎng)合或材料，可對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行諸多修改而不脫離其保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明并不限于在此公開(kāi)的特定實(shí)施例， 而包括所有落入到權(quán)利要求保護(hù)范圍的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種三維足部掃描儀，其特征在于，包括足部掃描裝置，用于拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像；以及 足部圖像分析系統(tǒng)，用于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行分 析以獲取三維足部數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維足部掃描儀，其特征在于，所述足部掃描裝置包括用于 承托足部的掃描支架，以及分別設(shè)于所述掃描支架兩側(cè)和底部并朝向所述掃描支架中心的 內(nèi)側(cè)攝像頭組、外側(cè)攝像頭組以及底部攝像頭組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維足部掃描儀，其特征在于，所述掃描支架包括水平設(shè)置 的承托板，所述承托板中心為用于放置足部的由透明材料制成的足部區(qū)，所述足部區(qū)兩側(cè) 設(shè)有豎板，所述內(nèi)側(cè)攝像頭組和外側(cè)攝像頭組安裝在所述豎板上，且朝向所述足部區(qū)以采 集所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像和足部外側(cè)圖像；所述底部攝像頭組安裝在所述足部區(qū)下方，且正面 朝向所述足部區(qū)以采集所述足部底部圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的三維足部掃描儀，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)攝像 頭組、外側(cè)攝像頭組和底部攝像頭組皆包括多個(gè)參數(shù)相同的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維足部掃描儀，其特征在于，所述足部圖像分析系統(tǒng)包括 圖像處理模塊，用于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行校正和拼接；數(shù)據(jù)獲取模塊，與所述圖像處理模塊相連，用于采用邊緣檢測(cè)算法對(duì)圖像處理后的足 部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲取足部?jī)?nèi)側(cè)、足部外側(cè)和足 部底部的輪廓邊緣坐標(biāo)作為三維足部數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維足部掃描儀，其特征在于，所述足部圖像分析系統(tǒng)還包括模型生成模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊相連，用于根據(jù)所述三維足部數(shù)據(jù)，結(jié)合保存的標(biāo) 準(zhǔn)腳模型，調(diào)用輪廓約束算法生成當(dāng)前足部的三維模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維足部掃描儀，該三維足部掃描儀能形成人體足部的圖像或三維數(shù)據(jù)記錄，用于鞋楦的制作。該三維足部掃描儀包括足部掃描裝置，用于拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像；以及足部圖像分析系統(tǒng)，用于對(duì)所述足部?jī)?nèi)側(cè)圖像、足部外側(cè)圖像和足部底部圖像進(jìn)行分析以獲取三維足部數(shù)據(jù)。本發(fā)明首先利用多個(gè)攝像頭拍攝足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部的圖像，再對(duì)圖像進(jìn)行校正和拼接，并提取完整的足部?jī)?nèi)側(cè)、外側(cè)和底部輪廓，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)三維足部數(shù)據(jù)生成足部三維模型。本發(fā)明在保證一定精度的前提下，減少掃描所需時(shí)間，并且大大降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102034264SQ20101029871
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張一帆, 艾米昇·路熙文, 馬嘯 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)