CN1595280A - 旋转平台上的三维人脸重建*** - Google Patents

Abstract

一种旋转平台上的三维人脸重建***，用于生物特征识别领域。包括：可编程控制器、步进电机驱动模块、步进电机、高精度行星减速齿轮箱、旋转臂、支架、左照相机、投影仪、右照相机、平台、平台底座、连接电缆、计算机，可编程控制器与电机驱动模块通过连接电缆连接，可编程控制器同时与左照相机及右照相机通过连接电缆连接，左照相机及右照相机与计算机通过连接电缆连接，步进电机驱动模块和电机连接，电机经高精度行星减速齿轮箱与旋转臂机械连接，支架设置在旋转臂上，左照相机、右照相机和投影仪设置在支架上，平台设置在平台底座上。本发明可快速完成人脸的三维重建工作，完成三维人脸识别工作，也可以用在其它物体的三维重建中。

Description

旋转平台上的三维人脸重建***

技术领域

本发明涉及一种人脸识别***，具体是一种旋转平台上的三维人脸重建***。用于生物特征识别领域。

背景技术

通常的人脸识别***多是针对二维照片或动态视频序列进行研究，但是，基于二维照片进行识别存在严重的障碍。产生这些问题的主要原因是人的面貌本身是三维的，而照片是对三维面貌进行平面投影的结果，在此过程中必然丢掉一部分重要信息。采用三维识别与传统的方法最大的区别就在于，人脸的信息可以更好的表现和存储，例如人脸的特征点的深度信息及点之间的拓扑结构等等。由于三维人脸模型具备光照无关性和姿态无关性的特点，能够正确反映出人脸的基本特性，还有人脸主要的三维拓扑结构不受表情的影响，从而形成相对稳定的人脸特征表述，这样通过更全面的信息，可以较好的解决识别过程中的误识率和虚警率问题，因此基于三维人脸模型的识别方法可以很好的解决目前在这一领域存在的问题，这就需要事先获得三维人脸模型。

经文献检索发现，美国Cyberware公司生产的头部及脸部彩色三维扫描仪(Head & Face Color 3D Scanner，model 3030RGB)，采用单片机控制步进电机连续转动旋转臂，在旋转臂上装有激光发生器和摄像机，利用激光发生器发出低强度激光作为扫描线，投射到人脸上，摄像机获得带扫描线的人脸图像，送往图形工作站进行图像处理，由于激光对人体的伤害性，尤其是对人眼睛的伤害性，以及采用工作站，使得***造价很高，这都使得它在三维人脸建模方面的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种旋转平台上的三维人脸重建***。由于结构光三维视觉具有较高精度、光条图像信息提取简单、实时性强、主动受控及对人无伤害等特点，同时双目视觉具有可以有效消除***盲点的特点，本发明采用编码结构光和双目照相机的旋转平台来快速获取三维头部模型。当向物体(这里指人)投射编码网格时，可以从双目照相机拍摄的图像中观测到由于物体形状凸凹而产生的畸变条纹。这些畸变条纹可由照相机送入计算机，经图象处理，最终得出物体的形状和空间坐标。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括：可编程控制器、步进电机驱动模块、步进电机、高精度行星减速齿轮箱、旋转臂、支架、左照相机、投影仪、右照相机、平台、平台底座、连接电缆、计算机，其连接关系为：可编程控制器与电机驱动模块通过连接电缆连接，提供驱动脉冲；可编程控制器同时与左照相机及右照相机通过连接电缆连接，控制照相机拍取相片；左照相机及右照相机与计算机连接，将拍取的图像送往计算机中进行处理；步进电机驱动模块和电机连接，利用可编程控制器提供的驱动脉冲，可控制步进电机正向、反向运动；步进电机经高精度行星减速齿轮箱与旋转臂连接，当旋转臂每转5度，步进电机控制旋转臂停止旋转，然后可编程控制器控制左照相机、右照相机拍取人脸相片，拍取完毕后，可编程控制器继续驱动旋转臂转动，拍取下一幅人脸相片，平台中心与平台底座机械连接，并要保证旋转臂能够围绕平台转动，旋转平台转动一圈后，本发明可以获得整个人头的不同角度的图片，用于三维建模处理；支架设置在旋转臂上，高度可调；左照相机、右照相机和投影仪设置在支架上，相机间距离可以调整，方向也可以调整。

本发明利用两个CCD照相机进行双目视觉定位，进而从视差中恢复距离，实现对三维信息的感知，照相机和投影仪固定在一个支架上，根据实验需要，该支架高度可调，照相机左右位置和相互之间的角度也是可调整的；***利用投影仪投射编码结构光，便于两个照相机提取对应点，进行三维重建。支架架设在***平台的旋转臂上。旋转臂由可编程控制器和步进电机驱动，步进电机和高精度行星减速齿轮箱来旋转***平台，同时可编程控制器和电机驱动模块作为步进电机驱动源，控制旋转臂每次自动旋转一定角度(角度可以按照需要调整)，同时控制照相机拍取图像。

本发明工作时，人坐在平台上，按下启动按钮，投影仪投射编码结构光，可编程控制器工作，驱动步进电机，使得旋转臂转动，每转动一定角度(本发明设为5度)，旋转臂停止转动，可编程控制器控制双目照相机拍取带有编码结构光的人脸照片，送往计算机进行图像处理，拍摄完后本角度后，旋转臂继续转动到下一个角度(5度)，双目照相机拍取这个角度的相片，送往计算机进行处理，当旋转臂转完360度后，***停止，准备采样下一个人的三维数据。为了方便，本发明可以控制旋转臂正转、反转，在启动时选择。

本发明省略了激光发生器，利用编码结构光和双目照相机可以快速完成人脸的三维重建工作，从而完成三维人脸识别工作，本发明也可以用在其它物体的三维重建中。

附图说明

图1是本发明的***结构图

图2是本发明采用的编码结构光方案

图中：1、可编程控制器，2、步进电机驱动模块，3、步进电机，4、高精度行星减速齿轮箱，5、旋转臂，6、支架，7、左照相机，8、投影仪，9、右照相机，10、平台，11、平台底座，12、连接电缆，13、计算机

具体实施方式

如图1中，本发明包括：可编程控制器1、步进电机驱动模块2、步进电机3、高精度行星减速齿轮箱4、旋转臂5、支架6、左照相机7、投影仪8、右照相机9、平台10、平台底座11、连接电缆12、计算机13，其特征在于，可编程控制器1与电机驱动模块2通过连接电缆12连接，可编程控制器1同时与左照相机7及右照相机9通过连接电缆12连接，步进电机驱动模块2和电机3连接，电机3经高精度行星减速齿轮箱4与旋转臂5连接，当旋转臂每转5度，电机控制旋转臂停止旋转，支架6设置在旋转臂5上，左照相机7、右照相机9和投影仪8设置在支架6上，左照相机7及右照相机9与计算机13通过电缆12连接，平台10中心与平台底座11机械连接，并要保证旋转臂5能够围绕平台10转动。

左照相机7、右照相机9和投影仪8并排设置在旋转臂5的水平支架6上，支架6高度可调，左照相机7、右照相机9的距离和照相方向可调，投影仪8

投射编码结构光。

如图2所示，本发明所采用的编码结构光，事先在幻灯片上光刻出网格状条纹，网格条纹中最粗的中心十字线为编码用的基线，基线的交点为基点，以此基点为参考，顺序对其它直线交叉点进行编码，可获得交叉点的编码，利用投影仪8投射网格状结构光，这样本发明就可以从双目照相机8、9获取的人脸图像中提取出对应的编码交叉点，配合人脸特征信息，可以完成三维人脸重建，从而可用于人脸识别领域。

Claims (3)

1、一种旋转平台上的三维人脸重建***，包括：可编程控制器(1)、步进电机驱动模块(2)、步进电机(3)、高精度行星减速齿轮箱(4)、旋转臂(5)、支架(6)、左照相机(7)、投影仪(8)、右照相机(9)、平台(10)、平台底座(11)、连接电缆(12)、计算机(13)，其特征在于，省略了激光发生器，可编程控制器(1)与电机驱动模块(2)通过连接电缆(12)连接，可编程控制器(1)同时与左照相机(7)及右照相机(9)通过连接电缆(12)连接，左照相机(7)及右照相机(9)与计算机(13)通过连接电缆(12)连接，步进电机驱动模块(2)和电机(3)连接，电机(3)经高精度行星减速齿轮箱(4)与旋转臂(5)机械连接，支架(6)设置在旋转臂(5)上，左照相机(7)、右照相机(9)和投影仪(8)设置在支架(6)上，平台(10)设置在平台底座(11)上。

2、根据权利要求1所述的旋转平台上的三维人脸重建***，其特征是，平台(10)的中心与平台底座(11)机械连接，旋转臂(5)绕平台(10)每次转幅为5度。

3、根据权利要求1所述的旋转平台上的三维人脸重建***，其特征是，左照相机(7)、右照相机(9)和投影仪(8)并排设置在旋转臂(5)的水平支架(6)上，支架(6)高度可调，左照相机(7)、右照相机(9)的距离和摄像方向可调，投影仪(8)投射编码结构光。

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