基于双目立体视觉原理的人体扫描设备

天津工业大学数字化服装技术研究团队从2007年开始从事基于双目立体视觉原理的便携式三维人体扫描系统的研究，开发研制了一套便携式三维人体扫描系统，本章利用该扫描系统对人体进行扫描，获取人体点云数据。

（1）扫描系统基本原理

系统采用双目立体视觉原理，由两台高速摄像装置从不同角度同时获取人体的数字图像，并基于视差原理恢复人体的三维几何信息。系统主要工作流程如图2-1所示。

图2-1　便携式人体扫描系统工作原理

①图像采集

由不同位置的两台摄像装置经过移动或旋转拍摄同一幅场景，获取立体图像对（p1与p2）。采集图像时要考虑系统的应用要求，同时还要考虑摄像机性能、光照条件、视点差异等因素的影响。

②相机标定

摄像机标定的目的是解决被扫描人体在不同位置的两台摄像机中的投影图像的像素间对应关系问题。通过确定摄像机的内部参数和外部参数来计算扫描人体在世界坐标系中的位置，采用一定的标定算法，如线性变换法、非线性优化法、神经网络和遗传算法等解决同一扫描视点在两台摄像机中的投影图像的像素间视差问题。

③图像处理

由于受扫描环境、系统误差、算法不足等影响，人体扫描图像中常常会包含部分噪声点，必须通过图像处理，包括降噪、图像对比度的增强、边缘特征的加强等来去除原始图像中的无用信息，改善图像质量，以便于图像的后期处理。

④特征提取

为便于立体匹配，扫描前在人体特征部位粘贴标记点，通过提取两台摄像机图像中特征标记点和人体特征结构点来实现两幅图像的立体匹配。

⑤立体匹配(www.xing528.com)

根据提取的两幅图像中的特征元素，建立两台摄像机中两幅图像之间的对应关系，将同一世界坐标系中的人体点云在两幅图像中的成像点对应起来。

⑥三维信息恢复

通过立体匹配完成两幅图像成像点对应关系并得到视差图像后，就可以恢复扫描人体的三维信息。通常，由于数据处理误差的存在，可能会使人体三维信息不完整。在进行人体表面重构之前，可应用插值的方法将三维人体点云进行处理。

（2）扫描系统结构

系统采用激光作为光源，将2个激光投射装置投射的激光条纹初始定位在同一高度，并以相同步长同时向下扫描人体，人体前、后各有2台摄像机，与激光投射装置同步拍摄人体正、背面图像。系统主要结构如图2-2所示。

图2-2中，硬件设备主要由4台摄像机、2个激光投射装置、4个采集卡和1台微型计算机等组成，另外，为便于进行相机标定，自行设计制作了棋盘格标定板。主要硬件型号及参数如下表所示。

硬件设备参数

续表

图2-2　扫描系统的结构

扫描系统基于VC＋＋6.0平台，借助OpenGL库函数和OpenCV库函数进行软件开发，结合硬件性能分别实现针对人体的点云数据采集、摄像机标定、扫描图像处理、人体特征提取、前后点云数据匹配和人体表面三维重建等。