基于剪影图像系列的脚型三维测量方法与系统设计

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物体三维测量技术分为接触式测量和非接触式测量,其中非接触式测量在人体形貌测量方面应用广泛,常用方法包括激光扫描、结构光投影和立体视觉等。在这些方法中,激光扫描法和结构光投影法测量精细、分辨率高,但由于其利用激光或结构光调制物体形貌,环境杂散光会造成严重干扰,因此对测量环境要求比较严格,且测量系统成本较高;立体视觉法是通过空间特征点重建实现三维测量,系统结构虽然简单,但在重建前要进行特征提取与匹配,用于脚型测量时需要穿标有特征标记的袜子,因此增加了测量成本。虽然三维测量技术已经十分成熟,但对脚型的三维测量至今没有得到普及,其主要原因是对使用环境条件要求高,对顾客约束多,使用不方便。  经过对市场的需求分析,提出脚型三维测量的4点基本要求:(1)测量系统廉价,(2)没有扫描移动部件,(3)对顾客无附加约束,(4)适用于商场环境。本文根据以上要求,针对脚型凸性且连通的三维形貌特征,结合鞋楦制做对脚型数据的需求特点,提出了基于剪影图像系列的脚型三维测量方法:用5个摄像头从不同角度拍摄脚的剪影图像,提取图像中所有边缘像素点建立中心投影模型,形成每个摄像头的空间锥形切线束,描绘切线束与等间隔纵切面的线面交点轨迹并进行立方插值,得到5组不规则曲线,通过求解曲线之间的有效交点确定出脚型断面多边形,采用“三切线定圆法”拟合出断面轮廓,从而实现脚型整体尺寸的三维测量。在测量系统整体设计中,依据脚型形貌特征制定了摄像头的设置方案,并通过模板平移标定法所确定的单个摄像头参数,完成了测量系统的整体标定;为提高系统标定精度,提出了基于图像插值放大的亚像素检测与定位方法,以及基于“三点一线”的摄像机畸变参数修正方法。  基于本文提出的三维测量原理,搭建了脚型三维测量装置,并通过MATLAB软件编写了图像预处理、摄像头标定及脚部形貌测量与拟合的相关程序,完成了脚部模型的三维测量。与传统制鞋所用的手工测量结果相比,三维脚型测量误差低于2%,完全满足制鞋的需求,达到了系统设计提出的要求。
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