三维激光人体头部扫描技术的研究.pdfVIP

№．6 陕西科技大学学报 Dec．2007 Vo1．25 JOURNAL OF SHAANXI UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNOLOGY · 115· 文章编号：1O0O一5811(2007)06一O115一O4 三维激光人体头部扫描技术的研究 贾小云 (陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西 西安 710021) 摘 要：介绍了快速3D激光人体头部扫描的原理及装置，从计算机软件和硬件两方面详细讨 论了实现三维快速扫描的关键技术，给出了视频分离器的实现原理图以及数据采集卡的实现 框图，最后详细讨论了数据处理的实现算法，完成了系统总体设计． 关键词：3D激光扫描；视频分离器；数据采集 中图分类号：TP391 文献标识码：A 0 引言 三维激光扫描技术是非接触式获取物体三维数据的技术，目前主要采用点激光测距的原理，此种测距 法精度较高，一般可达 m数量级，但需要较高精度的时间基准，而且设备投入较大，其采样速率一般可达 每秒8O点左右．用这种速率扫描一个较大的物体(数十万个采样点)所需时间较长，所以该测距法一般只 适用于扫描外形固定的物体．为了达到快速实时地获取被测物体的三维图像，我们就必须研究快速三维扫 ． 描技术．本文研究设计了一种快速采集人体头部数据的硬件系统电路，其与计算机相连即可实时处理来自 测量摄像机输出的视频信号，获取被测物体的三维坐标数据． 市场上有一种快速采集真实的人体头部3D数据的需求，用户希望能用所采集的3D数据为其制作逼 真的雕塑．当前的点激光测距3D扫描技术由于数据采集时间长达几十分钟，而用户不可能在这样长的时 间内一动不动，因而十分需要研究一种快速的、能适用于人体且精度适当的3D扫描技术，而目前国外高 速3D激光扫描仪一般不能用于人，因此快速3D扫描技术的研究与实现势在必行． 1 快速3D扫描的关键技术及实现方法 1．1 3D激光扫描原理 快速3D激光扫描技术采用面激光扫描原理，扫描仪使用高30 cm，宽度1 mm长度200 cm左右的激 光面(又称激光刀)取代点激光测距中的点激光．激光面和物体交会可生成一条测线，这条测线相当于500 ～ 1 024个激光点，因而从理论上说可以提高采样速度500～1 024倍． 1．2 快速3D激光人体头部扫描仪机械装置 系统采用的是非接触式测量法——激光三角测量法．用激光刀旋转的方式进行测量时，电机驱动转盘 转动，激光刀切割物体形成的曲线由左、右摄像机摄取．视频分离电路分离出视频信号的帧同步、场同步、 行同步和激光点前沿脉冲信号供A／D系统进行A／D转换，计算机读取A／D转换的数据结合测线的方位 角即可计算出物体曲线上各点的三维坐标值，测量一条曲线仅需20 ms，测量完一个物体约需15～18 s． 测量完成后，计算机自动生成三维成像数据文件和三维数控加工文件． 该装置(机械装置如图)主要包括以下设备： * 收稿日期：2007～09—27 作者简介t贾小云(1971～)，女，陕西省兴平市人，副教授，硕士，研究方向：软件工程 · 116 · 陕西科技大学学报 第25卷 (1)400线以上的摄像机两台，设置在照射激光束的对称两 侧，用来同步拍摄物体的各条轮廓线和随动线(两台放置对称的 摄像机可以减少测量盲区，提高测量精度)． (2)激光刀系统：功率小于3 mW的红色点激光被整形为宽 1 mm的平面平行光束，用以照射被测物体． (3)视频分离器：接收摄像系统传来的视频信号和载有方位 角信息的脉冲信号，从中分离出同步信号、像点信号和方位角信