基于立体视觉的脚部三维模型重建系统开发文献综述

 2022-11-17 10:23:17

目前,普遍采用的模型构造方法是通过三维激光扫描仪等设备获取足部表面的密集三维数据,进而重建三维足部。但是采用这种方法的设备及其维护成本昂贵,扫描的持续时间长,而且对操作技术的要求也比较高,此外,还存在相当大的一部分人群害怕激光,并拒绝使用激光。因此,寻求一种快速、安全、低成本与可靠的三维重建方法成为人们关心的问题。近几年,光学三维形貌测量技术有了很大的进展,相继提出并实现了一些具有实用潜力的三维形貌测量技术。

弓太生,费锐,赖军等在“浅析脚型与成鞋合脚性的研究” [1],出版源《西部皮革》,阐述了成鞋合脚性的概念和内涵,介绍了两种人体脚型测量方法,分析了脚型三维测量技术的工作原理。在工作原理方面,涉及了“立体摄影测量法”、“激光扫描法”、“光切法脚型测量技术”、“红外线测量法”等方法和原理,粗略的说明了了各个技术方法的具体实现原理以及在国内外发展状况。此外,该文也具体描述了脚型测量的应当涉及的部位,详细描述了应该对哪一些部位进行测量。详细说明了脚长、跖围及脚宽、腰窝位置、前跗骨围长及高度、锺心位置的具体定义以及上述部位对成鞋合脚适性的重要影响;

陈国光在《鞋楦设计》[2]一书中讲述了鞋楦在制鞋技术中的重要性,鞋楦和制鞋设计师需具备的素质和能力,怎样才能成为技艺高超的鞋楦设计师,到鞋楦设计师来源于实践之中谈起,着重对脚和楦与鞋的相关知识;中国鞋号及相关知识;脚型规律和楦型设计知识;鞋楦底样及楦体造型设计知识;鞋楦数据表及鞋楦检测;鞋楦制造质量管理与现代技术设备等全面论述了鞋楦设计相关的技术。本书采用较多图表来说明和介绍鞋楦设计知识,其中有设计新方法、新经验和新理念,是促进中国鞋业技术进步的一本具有实用价值的著作。

高飞、初君、李萌坚在《基于标记点图案的三维脚型建模与测量方法》[3]一文中,介绍了面向个性化制鞋,提出并实现了一种新颖的基于立体视觉原理的三维 脚型建模与测量方法.该方法把标记点图案设置在袜子上,通过10台普通摄像机来采集用户穿着这种袜子的脚型图像;然后从脚型图像中提取出标记点并进行匹 配,根据立体视觉原理重建出袜子上各个标记点的三维几何位置,并利用三角化处理以及曲面细分等手段获取用户的三维脚型;最后根据制鞋工艺要求测量出制鞋相关的参数.实验结果表明,该方法可瞬间完成无盲区图像的采集,有效地减少了生物体抖动所带来的误差,使误差在plusmn;1mm之内,可应用于个性化制鞋服务.

由于脚部测量方法的可靠性通过实验证明方面具有很大难度,并且在国际上没有比较权威的机构进行可靠性的测试。沈妮、徐波。吴孟茹、李鑫等人在《手工测量和数字化测量脚型方法的差异性分析》[4]一文中指出了数字化测量相对于手工测量的整体性优势。方便性、测量时间短、更接近脚型数据的真实值都是数字化测量的优势。但在数字化测量当中,需要做好测量前的标定工作。

王修行、赖军、秦蕾在《三维脚型测量技术及方法的研究》[5]一文中,涉及了多种人体足部测量的方法。采用人工测量,投资少、操作简单、灵活性强,便于短时间内不同地点的测量,但测量误差大,也难以获得脚部的整体数据。三维脚型扫描测量通常基于激光扫描,在三维坐标系中,根据测量精度的需求,使用可移动的激光发生装置,按一定频率从一个或多个激光源发射激光线,使用多个摄像机分别从不同角度拍摄脚部多帧图像,提取脚部各支点三维左边,用于脚部尺寸测量。通过和人工测量进行对比,强调并突出了三维测量的优势。通过三维扫描技术,获取脚部的基本数据、脚型横截面图、脚型投影图等数据。并且还介绍了脚部不同数据的尺寸定义上的不同。同时还对三维测量进行了详尽的表述。

孔维敬、吴禄慎在《基于激光扫描的足部三维测量仪设计》[6]中展示了测量仪的设计原理,在这篇文章当中,提及了三维测量的原理,硬件功能的实现以及软件功能的配合使用,同时在这边文章中还阐述了系统标定的原理和方法。由于三维面形对激光光束产生了空间调剂,改变了成像光束的角度,即改变了成像光点在检测器阵列上的位置,通过对成像光点位置的确定和系统的几何参数,即可计算距离。而测试仪以这个原理为基础,利用四组CCD搭配四组激光器,配合 步进电机告诉扫描设计。由于研究的是针对人体足部作全周轮廓测量,有别于一般斜率变化简写的自由曲面测量,因此,将3D激光扫描设计为多线全周轮廓扫描。并且当被测物体表面斜率变化较大时,必须使用多CCD才可测出被测物体的全部轮廓,因此研究使用四个CCD镜头对人体足部提取图像。

张维中,张丽艳,张辉在《基于标记点的多帧透视图像三维重建算法》[7]提出了基于标记点的射影和欧氏重建方法,采用编码点和非编码点等标记点方式,利用编码点确定单相机的外部姿态参数,用非编码点确定空间三维点的三维坐标与已有方法比较,该方法有两个主要特点1、利用编码点进行加权迭代。由于编码点易于点对精确匹配,提高了算法的运算效率和重建精度2、将绝对二次曲面的本质条件施加到射影畸变矩阵中,提高了算法的鲁棒性。实验结果表明,利用该方法产生的三维重建点精确可靠,能够满足逆向工程等应用的要求

贾倩倩、王伯雄、史辉、罗秀芝在《基于光切法的全三维量脚制鞋系统的设计和实现》[8]中提出了一个全三维量脚制鞋系统,使用多CCD三维形貌扫描仪对足部进行测量,半导体线激光器和CCD图像传感器固定于扫描架上,在被测物体周围分布三个半导体激光器,在被测表面形成闭合的激光条纹。同时使用三个CCD图像传感器采集激光条纹图像,通过各个CCD中激光条纹在光平面上的拼接获得光平面上的闭合的激光条纹,从而实现物体表面形貌的测量。在得到足型三维数据后,通过定制鞋楦系统计算实现个性化的鞋楦模型,计算出其加工刀具的轨迹并转换为NC代码后,在数控刻楦机上加工出定制鞋楦可以用于制作适合个人脚型的鞋,实现量脚制鞋。

陆国栋,顾铭秋,王剑等在《基于脚部三维扫描的鞋楦建模方法研究》[9]对脚部进行三维扫描,经过网格处理,采用特征节点和特征曲线及其拓扑关系建立脚部特征模型;以脚部特征模型上的特征节点和曲线建立局部坐标系,确定鞋楦特征模板上的顶点,并完成特征模板上顶点的拓扑关系;通过2D曲线的输入,建立鞋楦侧轮廓、底面和统口轮廓曲线;最后,对鞋楦曲面做细分处理,实现了一个符合扫描脚部模型特征和定制轮廓的鞋楦造型工作。

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