CN1892713B - 制作个性化三维实体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制作个性化三维实体的方法和装置，该方法包括下列步骤：检测是否接收到付款；请求用户利用用户输入设备和显示器，针对若干选项选定参数；至少捕捉两次被拍摄对象的图像；根据所捕捉的至少两个图像，计算三维图像；制作三维实体并且其交付给用户。此外，交付给用户包括网址、密码和有关订购附加产品的一组说明的收据；三维图像和数据通过网络连接设备被传送至服务器。本发明的装置可称之为拍照亭，包括付款检测器、用户输入设备和显示器、图像采集***、计算三维图像的计算机、制造设备和将个性化三维实体交付给用户的输出口。采用本发明的方法和装置，能够在不需要售货员的帮助下即能制作三维实体。

Description

制作个性化三维实体的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种制作个性化三维实体的方法和装置，例如照片自动制售机，以下称之为拍照亭。

背景技术

最早的拍照亭(Photo kiosks)是由西伯利亚人Anatol Josepho于1925年发明的。这种机器能够自动地拍照自己的人像。

在过去的整个80年里，拍照亭的普及状态是不均衡的。在最初的20年里，拍照亭由于第二次世界大战而迅速增长，原因是士兵和恋人之间需要互相交换照片。此后，随着宝丽来一次成像相机和个人照相机的出现，拍照亭不再流行。

当前，随着数码摄影时代的到来，新的技术可能使得用户能够在打印照片之前对照片做些效果处理和某些方式的修饰，而照片不仅可以打印在像纸上，而且还可以打印到照片贴纸上。用户重新对拍照亭产生了兴趣。

过去曾有人尝试过利用三维激光内雕(SSLE)实用技术将个性化三维图像刻制在水晶里出售。实际上，这些尝试很少能够获得成功，原因是这些早期的尝试没有什么利润可涂。这些尝试遭遇到一些影响收益率的制约因素，例如过高的初期投资、由于需要售货员而使经营成本过高。激光内雕店的所有者，别无他法，只能提高每个水晶作品的售价以补偿所花费用。大多数顾客尽管对产品感兴趣，却不愿意花费高价去购买，过高的价格使得顾客望而却步。

从而，有必要寻求一种能够在不需要售货员的帮助下即能制作个性化三维实体的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能够满足上述需求的方法。

本发明具体提供一种制作个性化三维实体的方法，该方法包括下列步骤：

检测是否接收到付款，如果已经接收到一次付款：

i)请求用户利用用户输入设备和显示器，针对若干选项选定参数；

ii)根据步骤i)所设定的参数至少捕捉两次被拍摄对象的图像；

iii)根据步骤ii)所捕捉的至少两个图像，计算三维图像；

iv)从上述三维图像中提取一组三维数据；

v)根据由步骤iv)提取的一组三维数据和步骤i)选定的参数制作三维实体；并且，

vi)将上述的个性化三维实体交付给用户。

本发明还提供一种制作个性化三维实体的装置，包括：

-付款检测器，用于检测是否接收到付款；

-用户输入设备和显示器，使得在接收到付款后，用户能够针对若干选项选定参数；

-图像采集***，用于根据用户设定的参数，至少捕捉两次被拍摄对象的图像；

-第一计算器，用于根据捕捉到的两个图像计算三维图像；

-第二计算器，用于从上述的三维图像中提取一组三维数据；

-制造设备，根据所提取的一组三维数据和由用户所选定的参数制作个性化三维实体；并且包括：

-输出口，用于将个性化三维实体交付给用户。

本发明具有如下的有益效果：本发明提供的制作个性化三维实体的装置和方法，能够在没有除了用户之外的人员干预的情形下完成，从而降低了经营成本，便于三维实体个性化制作的推广；利用本发明提供的装置和方法，不仅能够现场制作个性化三维实体，而且还能够将所采集的数据传输至服务器或计算机，方便用户下载数据和定制其他多元化产品。

阅读下列的参照附图对优选实施例所进行的详尽描述，将会更好地理解本发明及其优越特性。

附图说明

图1是本发明根据优选实施例制造的拍照亭的正视图。

图2是图1所示的拍照亭的后视图。

图3是图1和图2所示的拍照亭围壁内部部件的左视图。

图4是图1至图3所示的拍照亭围壁内部部件的右视图。

图5是图1至图4所示的拍照亭围壁内部部件的从后部和右侧透视的局部图。

图6是图1至图5所示的拍照亭围壁内部部件的局部正视图。

图7是图1至图6所示的拍照亭围壁内部部件的透视图。

图8是图1至图6所示的拍照亭围壁内部部件的透视图。

图9所示的是本发明优选实施例的制作个性化三维实体的流程框图。

图10所示的是本发明优选实施例的制作三维实体的详细流程图。

具体实施方式

图1至图8所示的装置10是本发明的一种优选实施例。具体而言，该装置是一个包括光学三维成像设备的拍照亭，能够捕捉用户的面部、半身像或其他物体图像，并用三维彩色数码图像的形式体现。经过一些处理后，能够通过激光内雕机90在水晶内雕刻该对象的三维图像。

装置10包括用于检测是否接收到付款的付款检测器16、用于当接收到付款后使用户能够针对若干选项选定参数的用户输入设备20和显示器18。该装置还包括图像采集***50，用于根据用户所选定的参数至少捕捉两次被拍摄对象的图像。图像采集***50最好还带有一个用于投影条纹图像的投影仪以及一个用于采集4幅图像的摄像机60。投影仪和摄像机60之间的位置关系按照能够获得较大的可确定测量区间的方式设立。装置10还包括计算机80，用于根据所捕捉的至少两个图像计算三维图像并从该三维图像提取一组三维数据。

装置10还包括一个制造设备，用于根据上述的一组三维数据和用户所选定的参数制作个性化三维实体和一个输出口106将个性化三维实体交付用户。该制造设备最好包括工作台94、用于将三维实体坯体放置在工作台上的装卸部件98、用于根据上述的一组三维数据和用户所选定的参数在三维实体坯体上面制作个性化三维实体的制作机。三维实体坯体最好由光学玻璃制成，制作机最好为激光内雕机90。制造设备最好还包括交付部件104，用于通过输出口106将个性化三维实体交付给用户。

装置10最好还包括面向图像采集***的颜色均一的背景板54。

参见图1，图3和图4，装置10是一个与标准相片制售机相似的拍照亭，而其外形可能有所不同。在本发明的优选实施例中，拍照亭带有门把手28的前门26，打开后，可以接触到拍照亭围壁12内部的部件。拍照亭所配置的显示器18连接到主计算机80。显示器18主要用于显示人机交互过程的所有指令和控制，还可以用来展现有关拍照亭或其他相关产品优越特性等的各种画面。在本发明的优选实施例中，显示器18是一个平面液晶显示(LCD)触摸屏监控器，从而也是用户输入设备20。在其他实施例中，用户输入设备20可以是键盘、带有机械按钮的远程控制器或其他任何类型的输入设备。计算机80用于控制拍照亭的所有主要部件，并且能够通过无线或有线方式连接到网络或互联网上，向服务器传输所采集的三维数据以备它用。拍照亭还能够安装与计算机80相连的辅助显示器30，该显示器位于拍照亭的外部，可用于商业目的。

拍照亭最好开有窗口24，在其后安装图像采集***50。付款检测器16最好能够连接到计算机80。主计算机80最好(但不是必要)具有能够管理与***有关的信息的功能。付款检测器16的精密性、位置、外形和性能应当跟随市场趋势、拍照亭的物理布局和设计，或者拍照亭的实际位置而改变。拍照亭带有输出口106，光学水晶体一旦雕刻好后从输出口送出。还可以在窗口50的两侧安装附加照明设备32，但不是一定必须。拍照亭的背面最好安装上一个由平面LCD监控器构成的辅助显示器30，用于商业目的。

参见图2至图4，也许还需要安装作为冷却***的冷却排气口40可选件，用于排出由激光内雕机所产生的热量。拍照亭最好能提供一个供拍照者坐下或放置被拍摄对象的长凳22。为保证三维图像最佳质量，长凳22应当被设置在可确定测量区间内。该距离应当在图像采集***50的内部构造发生改变时随之改变。如果拍照亭里设置有长凳22，其下部可以用来安装计算机80，计算机80可以是控制拍照亭主要部件的主机，也可以是其他用途的计算机。作为另外一种方式，该位置还可以作为一般的储藏室之用。拍照亭最好还设置一个颜色均一的背景板54，其颜色最好是蓝色的。背景板54可以用布、塑料或其他材料制成，用作三维背景提取算法的背景识别。

参见图1和图3至图7，围壁12包括图像采集***50，最好还包括带有风扇44的冷却***，蓄水箱46以及泵42。制造设备最好被安置在围壁内，制造设备包括用于确保供雕刻用的所有坯体的正确存放的坯体存储箱102，工作台94，装卸部件，该装卸部件用于装载、卸载水晶体并将其放置在靠近激光内雕机的工作台94上，在内雕水晶体时，工作台能够上下滑移。制造设备还包括用于下落斜道104和驱动水晶体转移部件100的电机，用于将三维实体从输出口106送出拍照亭外。制造设备最好还包括用于激光内雕的激光器90和光学部件92，这些部件并不是什么固定不变的部件，其确切形状、尺寸、数量、设计、功能和位置应当根据拍照亭的布局、所要雕刻的坯体的种类、激光器的功率或其他因素而定。本优选实施例的制造设备用来处理少量、小型的而且仅仅只是一种类型的水晶体。应当明确，此种制造设备并不局限于这样的设计，还应当可以设计成能够处理各种各样类型和尺寸坯体的方式。

参见图1，4和8，安装在拍照亭内的一个干涉级图像采集***50最好有较大的可确定测量区域。图像采集***50由主计算机80控制，作为另一种实施例，根据拍照亭的具体设计，可以固定或附着在某种定位装置上。图像采集***50最好固定安装，而其构造应当不是固定不变的，所选定图像采集***50的具体外形、尺寸、连接方式或功能是可改变的。图像采集***50应当能够捕捉确定彩色三维模型，而且这种捕捉应当是自动的不需要人工的介入。构成图像采集***50的一个例子是包括下列的几个器件：基于投影在物体上的莫尔条纹图样，快门***62，用于采集彩色图像的摄像机60，镜头70，电机68和滑动支架66，上述的各个器件最好都安置在主板72上。其他类型的三维采集***还可以是基于立体视觉或是现有技术中的其他三维采集技术。

参见图1，3，4，8和9，安装在主计算机80上的软件能够执行部分、全部、或更多的下列指令：控制图像采集***50，提取三维数据，控制制造设备以及坯体或三维实体的定位和递出，控制激光内雕机90的雕刻过程以及控制显示器18，30，用户输入设备20，付款检测器16，附加照明设备32和冷却***。

主计算机80最好能够连接至外部的服务器和其他计算机上。网络连接方式可以是无线方式或者是有线连接，这根据拍照亭所座落的位置的入网条件而定。

连接到拍照亭的服务器能够被用于存储三维模型数据和颜色信息。还可以存储其他被认为是必要的信息，例如能够用于初始水晶体雕刻的三维点云。

参见图1至图10，希望制作三维实体的用户走进拍照亭。该用户可能需要其面部或半身的三维数字图像，要求将本人的虚拟三维模型内雕在水晶体(实际上是光学玻璃)内，或者他可能希望数字化其他物体或生物体。用户走进拍照亭后，被请求支付费用，如果接收到付款，需要通过用户输入设备20和显示器18选择与三维图像捕捉和水晶内雕有关的各个参数和选项。在优选实施例中，用户输入设备20和显示器18由同一种设备构成，即是平面液晶触摸屏监视器。参数和选项中包括但不局限于：水晶类型，例如立方体、项链、钥匙链等；激光雕刻水晶的方向，例如是平行全景还是竖直肖像，这些术语与传统的二维静态摄像中采用的术语相同。

根据优选实施例，一旦用户做好三维图像捕捉的准备，将会发出视觉信号，标志三维图像采集的启动。图像采集***50是一种基于投影在物体上的莫尔图样非接触式彩色数字转换器，该数字转换器具有可确定测量区间并于校准带重叠向后延伸至背景板54，向前直到长凳和窗口24之间的某处。图像采集***50带有的摄像机60的曝光时间通过开启投影仪后，短时间照亮被拍摄对象而调整。被拍摄对象的视频图像被投影在显示器18上，可以调整被拍摄对象的位置。图像采集***50根据先前选定的参数和选项一次捕捉4个两维条纹图像。每次三维捕捉需要零点几秒钟时间，通过现有技术中已经被完善记载和公开的计算技术获得三维图像。通过运行在主计算机80里装有的软件从三维图像中提取一组三维数据，为得到三维点云，要对三维图像完成下列操作。应当说明的是数据格式不应局限于点云，还应包括任何类型的三维数据表示。

根据本发明的方法，最好包括下列步骤：根据位于被拍摄对象后面的颜色均一的背景板在三维图像里定位背景；裁剪背景以生成前景三维图像；可以根据用户选择或由设备自动对显示器里所显示的前景三维图像进行遮幅定形，生成经过裁切的三维图像。该方法还包括下列从经过裁切的三维图像生成一组三维数据，构成可进行激光内雕的三维点云。三维点云能够被转换为任何可所选择的制造设备读取的模式。

此组三维数据随后被用于计算个性化三维实体的三维图像。而后，用户作出是启动制作显示器18所显示图像的个性化三维实体还是进行下一个三维捕捉的选择。最好限定只能进行三次三维捕捉。进行三次三维捕捉后，请求用户选定其中一个三维图像以制作个性化三维实体.

一旦用户选定所要采用的一组三维数据，就开始根据所选定的参数和选项制作个性化三维实体，运行在主计算机80里的软件控制硬件设备制作个性化三维实体。首先，由装卸部件98将水晶放置在工作台94.该组三维数据被送入激光内雕机90，根据该组三维数据和由用户选定的参数和选项启动个性化三维实体的制作。激光内雕机90开始在水晶体里进行内雕。计算机80里运行的软件控制激光内雕机，在水晶体内的各个三维位置雕刻各点。水晶体内这些点的排布确定了图像或肖像。雕刻完毕后，装卸部件98将个性化三维实体推入导向输出口106的下落斜道104，然后将个性化三维实体交付给用户。此外，最好还能给用户输出一张收据，收据上注明网址、随机生成的密码和有关订购相关产品的说明。优选实施例中的交付部件包括下落斜道104和输出口106，其所采用设计使得雕刻好的水晶体和其他物品如果条件符合，能够被很容易地拾取。可以采用其他类型的递出机构，例如，可以安装一台能够在递出水晶体的同时能够打印收据的单独的打印机。

除了制作个性化三维实体，原始的三维图像和用于制作个性化三维实体的三维数据组还可以通过网络被传送至服务器或在缺少网络连接的情况下被暂时存储在计算机上。用户通过登陆打印在收据上的网址，并使用打印在收据上的密码，可以读取自己的数据。数据在规定期限内被存放在服务器上，最好在收据上注明规定期限。能够被读取的数据可以具有多种用途，例如订购个性化产品或为私人用途而下载数据。可以通过网站订购一些个性化产品，可以使用带有纹理的三维模型，用户可以通过网站添加一些通用或个性化的信息(二维或三维)，为制作真实的或虚构产品，例如半身像或其他形式的水晶雕刻作品，可以使用某些单色或彩色的三维印刷设备，采用凝胶体、粉末或其他材料制作如下作品：凸版印刷、个性化玩偶、摇头玩具、立体照片、动画屏幕保护、、三维立体肖像、CAD/CAM半身像、墓碑、装饰品、装饰板、珠宝、通用的三维文件、在电脑游戏或计算机动画以及艺术作品上采用的拟人化身或个性化标志等。

拍照亭还具有自我宣传的功能。外部显示器30或者用来循环显示视频序列，显示一般的三维图像采集和激光内雕过程，或者显示当前正在进行的三维采集阶段，在用户正处于等待数据计算或等待雕刻过程完毕的各个间歇时段，软件还能够控制位于拍照亭内的显示器18显示推广宣传材料。在通过软件而实现的各项任务中，还包括能够向用户和遇到技术问题的技术人员发出报警的反馈机制。

用户可以通过网站完成有关大众消费实体制作方面的订购。这种大众消费产品的制作素材来源于已采集的三维数据，与用户定制的各种各样产品有关，根据所采集到的每个用户的三维数据而完成制作。新的方法包括利用快速成型机器制造身体部件，然后将其连接/拼接成用户可定制/批量制造的实体。本发明可以采用各种类型的快速成型技术以及采用各种可以用来制作三维实体的材料。这些用户可定制/批量制造实体可以是真实的物理实体，也可以是例如虚拟数据之类的虚拟对象。这些批量制造实体，在用户定制前，是“毛坯件”也就是没有经过定制的半成品。这些“毛坯件”，例如摇头玩具，可以是批量制造的。为完成用户定制的批量制造实体的制作，应当根据从数据采集步骤里采集到的数据对毛坯件进行物理加工。可以采用快速成型技术和装置，例如数控铣床制作扫描的三维身体部件。数控铣床在各种各样的材料上，例如蜡、木头、大理石、聚苯乙烯泡沫塑料等，精确地雕刻出三维身体部件。某些三维立体印刷机甚至能够为部件完整着色，而直到近年这种先进技术才出现。如果没有这种技术，部件只能是在制成后才被涂上颜色。定制的三维物体，比如定制的三维头像，可以附上批量部件制成实体。被拍摄对象的三维面部数据被制成用户定制的物理实体比如摇头玩具。批量制造实体以前曾经是没有经过定制的半成品，现在成为用户定制的产品。该产品被赋予了所拍摄对象的“个性化”，成为一种非常具有吸引力的产品。

由于个性化三维实体的制作能够在没有除了用户之外的人员干预的情形下完成，本发明的目的已经达到。

毫无疑问，以上所描述的本发明的优选实施例在某些方面还可以做出改动，此种改动应当认为包括在本发明的权利要求保护范围内。例如，优选实施例中所涉及的拍照亭、围壁、付款检测器，显示器、用户输入设备、长凳、窗口、前门、门把、辅助显示器、附加照明设备、冷却口、泵、电扇、蓄水箱、图像采集***、背景均一颜色背景板、摄像机、快门***、灯光、滑动支架、电机、透镜、主板、主计算机、辅助计算机、服务器、网络连接设备、激光机、激光机光学部件、可移动水晶体支架、装卸部件、工作台、水晶体转移部件、坯体存储箱、下落斜道、输出口等。应当认为，以上所描述的各个部件的结构和几何构造，对于本发明而言不是唯一确定的，本发明的保护范围不应当仅局限于此。实际上，很显然，本领域的技术人员还可以采用其他部件、其他的连接关系以及其他的几何构造实现本发明。

Claims (1)

1.一种制作个性化三维实体的方法，该方法包括下列步骤：

检测是否接收到付款，如果已经接收到一次付款：

i)请求用户利用用户输入设备和显示器，针对若干选项选定参数；

ii)根据步骤i)所设定的参数，采用一种带有基于投影在物体上的莫尔图样非接触式彩色数字转换器的图像采集***采集拍摄对象的图像，一次捕捉4个两维条纹图像；

iii)根据步骤ii)所捕捉的图像，计算三维图像；

iv)从上述三维图像中提取一组三维数据，其步骤如下：

(a)在三维图像里定位背景；

(b)裁剪背景以生成前景三维图像；

(c)按照预定的形状裁切前景三维图像，生成经过裁切的三维图像；并且从经过裁切的三维图像生成一组三维数据，构成三维点云；

v)根据由步骤iv)提取的一组三维数据和步骤i)选定的参数制作三维实体；并且；

vi)雕刻完毕后，由装卸部件将个性化三维实体推入导向输出口的下落斜道，然后将个性化三维实体交付给用户，将上述的个性化三维实体交付给用户。 

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