Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONSTRUCTING A THREE-DIMENSIONAL COLOR IMAGE AND DEVICE FOR THE IMPLEMENTATION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/174885
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the field of image formation. The construction of a three-dimensional color image consists in positioning and rotating an object to be scanned on a platform, illuminating the object using a screen, and producing a plurality of images using light sources and scanners, the cameras of which form 3D images and color 2D images, which are installed on a stand diametrically opposite the screen and which are located on at least two levels. Processing is carried out by constructing a polygonal grid and forming a silhouette by combining the images from the scanner cameras. The stand and the platform are capable of mutual angular displacement, and the scanners are positioned on the stand in such a way that the fields of vision of each pair of 3D and 2D cameras of neighboring scanners form an area of overlap consisting of 1/3-1/8 of the area of the image of each camera from a corresponding pair of cameras. A device for carrying out the method contains: a stand (block) (6) of 3D scanners (1), means of illumination (2), a rotating portion (3) and a monotone (white) screen (4) with LED illumination (9) which is positioned behind the object to be scanned, opposite the block (6) of scanners (1).

Inventors:
KLIMOV ANDREI VLADIMIROVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2014/000349
Publication Date:
November 19, 2015
Filing Date:
May 16, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KLIMOV ANDREI VLADIMIROVICH (RU)
International Classes:
G03B35/04; G06T15/04
Foreign References:
US20060227133A12006-10-12
US20100277571A12010-11-04
US20070127787A12007-06-07
US20030081410A12003-05-01
US5828908A1998-10-27
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ построения трехмерного цветного изображения, предусматривающий размещение и вращение объекта сканирования на подиуме, подсветку объекта с помощью экрана и получение множества изображений с помощью установленных на стойке диаметрально противоположно экрану на, по меньшей мере, на двух уровнях источников света и сканеров, камеры которых формируют 3D и цветные 2D кадры для обработки, выполняемой путем построения полигональной сетки и формирования силуэта за счет совмещения изображений камер сканеров, построения трехмерного цветного изображения и хранения его в электронном виде, при этом стойка и подиум выполнены с возможностью взаимного углового перемещения, а сканеры размещены на стойке таким образом, что поля зрения каждой пары 3D и 2D камер соседних сканеров образуют область перекрытия, составляющую 1/3 -1/8 от площади кадра каждой камеры из соответствующей пары камер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят вращение, при котором сканеры или объект совершает оборот на 360°-450° градусов за 10-30 секунд с получением от 50 до 500 кадров при этом сканирование осуществляют с частотой от 5 до 25 кадров в секунду.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждый кадр сканера представляет собой трехмерное изображение, которое содержит от 10 - 50 тысяч трехмерных точечных измерений, каждое из которых представляет собой расстояние от сканера до объекта.

4. Способ по п.З, отличающийся тем, что при построении трехмерного цветного изображения для каждой точки 3D измерений и установления ее цвета с каждой позиции 2D изображение проецируется на полученный 3D объект и всем 3D измерениям, которые попали в область куда проецировался соответствующий пиксель 2D изображения добавляется информация о яркости этого пикселя в одной из монохроматических составляющих видимого света и получения действительного цвета путем усреднения яркостей пикселей из разных 2D изображений, причем для текстурирования получаемой модели и получения цвета все трехмерные изображения с каждого трехмерного сканера с каждой позиции сканера или ракурса помещаются в одну систему координат связанную с объектом, или в систему координат связанную с первым полученным сканом с первой позиции трехмерного сканера, с помощью алгоритмов ICP.

5. Устройство для построения трехмерного цветного изображения, содержащая кабину, в которой размещены с возможностью взаимного углового поворота подиум для объекта сканирования и стойка, на которой, по меньшей мере, на двух уровнях установлены источники света и сканеры, имеющие совмещенные в общем корпусе 3D камеры и цветные 2D камеры, подключенные к вычислительным средствам обработки, выполненным с возможностью совмещения изображений камер сканеров, построения трехмерного цветного изображения и хранения его в электронном виде, а также экран со светодиодной подсветкой, расположенный диаметрально противоположно упомянутой стойке со сканерами, при этом сканеры размещены на стойке таким образом, что поля зрения каждой пары 3D и 2D камер соседних сканеров образуют область перекрытия составляющую 1/3-1/8 от площади кадра каждой камеры из соответствующей пары камер

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кабина выполнена с вращающимся вокруг своей оси постаментом для взаимного углового поворота подиума и стойки.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кабина выполнена с вращающейся вокруг постамента стойкой со сканерами для взаимного углового поворота подиума и стойки.

8. Устройство по любому из п.п.5-7, отличающееся тем, что 3D камеры сканеров выполнены с точностью и разрешающей способностью не хуже 2мм.

9. Устройство по любому из п.п.5-7, отличающееся тем, что 3D камеры сканеров выполнены с возможностью получения 5 - 25 кадров в секунду, 50— 500 кадров за оборот на 360° - 450°, содержащих (10 - 50)103 точек измерения расстояния от камеры до поверхности объекта.

10. Устройство по любому из п.п.5-7, отличающееся тем, что оно содержит 4 сканера, два из которых расположены на стойке посередине горизонтально, один сверху и один снизу вертикально, причем 3D камеры сканеров выполнены с разрешением не менее 1.25 мегапикселя 1296x964 пикселей.

11. Устройство по любому из п.п.5-7, отличающееся тем, что оно содержит 3 сканера один сверху, один по середине и один снизу, причем 3D камеры сканеров выполнены разрешением не менее 2 мегапикселей.

12. Устройство по любому из п.п.5-7, отличающееся тем, что оно содержит 2 сканера один сверху и один снизу, причем 3D камеры сканеров выполнены разрешением не менее 4 мегапикселей.

Description:
Способ построения трехмерного цветного изображения и устройство для его осуществления

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к области формирования изображений, в частности к обработке и генерации данных изображения, а также визуализации 3D (трехмерного) изображения и моделирования трехмерного объекта. Заявляются способ и устройство трехмерного сканирования для автоматической съемки человека для получения цветной трехмерной модели (объемной копии) человека в полный рост.

Предшествующий уровень техники

Известны способы и устройства для построения трехмерного изображения RU NaNs 2208370, 2257601, 2476863, 2479038, 2012113420, 2012142114, US а 6980690, 2009/02021 14, 2009/0147003, WO 11/27249.

Известен способ бесконтактного измерения топографии поверхности объекта основан на последовательном измерении вдоль продольной вертикальной оси объекта контуров дискретных поперечных горизонтальных сечений его поверхности, по последовательности которых осуществляется геометрическая реконструкция поверхности объекта, образующая дискретный линейный каркас - топографию поверхности объекта. Для обеспечения наибольшего соответствия измеряемых контуров горизонтальным сечениям поверхности объекта измерение каждого контура производится в пренебрежимо малом интервале вертикального слоя его поверхности путем практически мгновенного определения геометрического места точек, по которому определяют измеряемый контур, образуемого пересечением множества полученных касательных лучей к поверхности объекта, охватывающих его с обеих сторон и лежащих в горизонтальной плоскости охватывающей объект окружности, положение которых определяется для каждой последовательно смещающейся по данной окружности точки положения источников широкоугольного оптического облучения объекта расходящимся веерным пучком лучей с угловой шириной, превышающей угловые поперечные размеры объекта, и соответствующего положения концов дуги тени за объектом на окружности, определяемого по сигналам оптических приемников, расположенных в заданных точках на той же окружности, из их группы, соответствующей противоположной источнику дуге окружности. Дискретный линейный каркас поверхности объекта определяют последовательным повторением указанных действий при скользящем смещении плоскости окружности вдоль вертикальной продольной оси объекта. Устройство для осуществления данного способа обеспечивает повышение уровня автоматизации и точности индивидуального проектирования шаблонов одежды (RU N° 2208370).

Известен способ создания, хранения и обеспечения доступа к 3D- изображению с использованием компьютера, соединенного с сетью и имеющего машиночитаемый носитель информации, на котором записана компьютерная программа, содержащая множество секций кода, выполняемых вычислительным устройством, причем способ включает этапы: приема 3D- данных, получаемых при сканировании человека или объекта; записи и задания формата данных в файле цифрового изображения; сохранения файла цифрового изображения в библиотеке файлов цифровых ЗО-изображений, размещенной на машиночитаемом носителе; обеспечения доступа к библиотеке файлов цифровых ЗО-изображений; считывания файла цифрового изображения из библиотеки файлов цифровых ЗО-изображений; и загрузки файла цифрового изображения в интерактивную виртуальную среду. Способ включает этап электронной защиты файла цифрового изображения от общего доступа по сети, этап формирование уникального цифрового ключа для доступа к библиотеке файлов цифровых ЗО-изображений и предоставления этого цифрового ключа пользователю, имеющему право доступа к этой библиотеке, этап передачи копии файла цифрового изображения по сети пользователю, имеющему право доступа, после представления им уникального цифрового ключа, этап ограничения доступа к сети только для пользователей, которые зарегистрированы в этой сети, этап записи файла цифрового изображения на электронную карточку, этап изменения формата файла цифрового изображения путем модификации или улучшения геометрических характеристик и текстур файла, этап формирования данных, относящихся к сетке, цвету, текстуре и монтажу. Сканирование человека или объекта включает применение лазерной технологии и/или технологии согласования изображений стереопары для получения данных цветного изображения всего корпуса человека или объекта, сканирование человека или объекта включает получение фотографий увеличенных деталей лица, сканирование человека или объекта включает запись данных движения, соответствующих движению человека за некоторый временной период, и дополнительно включает сохранение данных движения в файле цифрового изображения. Запись данных движения включает сохранение ЗО-массивов точек каждого кадра в секунду при движении человека.

Там же известна система (устройство) обработки изображений, содержащая множество устройств для записи изображения или последовательности изображений целевого пользователя или объекта; множество компьютеров, соединенных электронным образом с множеством указанных устройств, для параллельной обработки изображения или последовательности изображений с целью получения трехмерной модели целевого пользователя или объекта; модуль приема запросов на сканирование и управления работой множества компьютеров; множество встроенных вспышек для записи изображения или последовательности изображений целевого пользователя или объекта, а также группу колонок, распределенных вокруг платформы, причем каждая колонка использована для установки по меньшей мере одного устройства из множества устройств; и кольцевую рамную конструкцию для соединения колонок и для дополнительной установки камер и осветительных приборов. По меньшей мере одно из множества устройств выполнено с возможностью записи движения целевого пользователя или объекта. Множество устройств записывают изображение или последовательность изображение с использованием синхронизирующего механизма или множество устройств содержат, по меньшей мере, одну цифровую фотокамеру с высоким разрешением. Модуль представляет собой модуль параллельной обработки для анализа команд, содержащих задания на сканирование, и управления выполнением заданий на сканирование в соответствии с этими командами. Запросы на сканирование получены из системы клиента. Модуль представляет собой модуль параллельной обработки для считывания одного или нескольких файлов, соответствующих трехмерной модели целевого пользователя или объекта, и завершения согласования модели. Множество компьютеров управляют последовательностью записи множеством устройств и включают и выключают источники света индивидуально или группами при записи изображения или последовательности изображений целевого пользователя или объекта. Множество устройств представляет собой множество камер. Множество устройство содержит множество прожекторов, расположенных в определенном порядке, со встроенными вспышками (RU -N° 2012142114, прототип).

Недостатками известных аналогов являются сложность и низкая точность построения изображения, не позволяющая воспроизводить мелкие детали, например, волосы человека, а также длительность реализации способа.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей группы изобретений является создание эффективного способа автоматического построения полного трехмерного цветного изображения человека и устройства для его осуществления, а также расширение арсенала способов и устройств построения трехмерного цветного изображения.

Технический результат заявленной группы изобретений состоит в уменьшении сложности и повышении разрешения и точности построения изображения, позволяющая воспроизводить мелкие детали, например, волосы человека, а также сокращение длительности реализации способа. И возможность получения цветного трехмерного изображения человека в автоматическом режиме.

Сущность изобретения в части способа состоит в том, что способ построения трехмерного цветного изображения предусматривает размещение и вращение объекта сканирования на подиуме, подсветку объекта с помощью экрана и получение множества изображений с помощью установленных на стойке диаметрально противоположно экрану на, по меньшей мере, на двух уровнях источников света и сканеров, камеры которых формируют 3D и цветные 2D кадры для обработки, выполняемой путем построения полигональной сетки и формирования силуэта за счет совмещения изображений камер сканеров, построения трехмерного цветного изображения и хранения его в электронном виде, при этом стойка и подиум выполнены с возможностью взаимного углового перемещения, а сканеры размещены на стойке таким образом, что поля зрения каждой пары 3D и 2D камер соседних сканеров образуют область перекрытия, составляющую 1/3 -1/8 от площади кадра каждой камеры из соответствующей пары камер.

Предпочтительно, производят вращение, при котором сканеры или объект совершает оборот на 360°-450° градусов за 5-30 секунд с получением от 50 до 500 кадров при этом сканирование осуществляют с частотой от 5 до 25 кадров в секунду.

Предпочтительно, каждый кадр сканера представляет собой трехмерное изображение, которое содержит от 10 - 50 тысяч трехмерных точечных измерений, каждое из которых представляет собой расстояние от сканера до объекта.

Предпочтительно, при построении трехмерного цветного изображения для каждой точки 3D измерений и установления ее цвета с каждой позиции 2D изображение проецируется на полученный 3D объект и всем 3D измерениям, которые попали в область куда проецировался соответствующий пиксель 2D изображения добавляется информация о яркости этого пикселя в одной из монохроматических составляющих видимого света и получения действительного цвета путем усреднения яркостей пикселей из разных 2D изображений, причем для текстурирования получаемой модели и получения цвета все трехмерные изображения с каждого трехмерного сканера с каждой позиции сканера или ракурса помещаются в одну систему координат связанную с объектом, или в систему координат связанную с первым полученным сканом с первой позиции трехмерного сканера, с помощью алгоритмов ICP.

Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что устройство для построения трехмерного цветного изображения содержит кабину, в которой размещены с возможностью взаимного углового поворота подиум для объекта сканирования и стойка, на которой, по меньшей мере, на двух уровнях установлены источники света и сканеры, имеющие совмещенные в общем корпусе 3D камеры и цветные 2D камеры, подключенные к вычислительным средствам обработки, выполненным с возможностью совмещения изображений камер сканеров, построения трехмерного цветного изображения и хранения его в электронном виде, а также экран со светодиодной подсветкой, расположенный диаметрально противоположно упомянутой стойке со сканерами, при этом сканеры размещены на стойке таким образом, что поля зрения каждой пары 3D и 2D камер соседних сканеров образуют область перекрытия составляющую 1/3-1/8 от площади кадра каждой камеры из соответствующей пары камер

В частных случаях реализации кабина выполнена с вращающимся вокруг своей оси постаментом для взаимного углового поворота подиума и стойки, или в других случаях кабина выполнена с вращающейся вокруг постамента стойкой со сканерами для взаимного углового поворота подиума и стойки.

Предпочтительно, 3D камеры сканеров выполнены с точностью и разрешающей способностью не хуже 2мм.

Предпочтительно, 3D камеры сканеров выполнены с возможностью получения 5 - 25 кадров в секунду, 50 - 500 кадров за оборот на 360° - 450°, содержащих (10 - 50)10 3 точек измерения расстояния от камеры до поверхности объекта.

В частных случаях реализации устройство содержит 4 сканера, два из которых расположены на стойке посередине горизонтально, один сверху и один снизу вертикально, причем 3D камеры сканеров выполнены с разрешением не менее 1.25 мегапикселя 1296x964 пикселей, или в других случаях оно содержит 3 сканера один сверху, один по середине и один снизу, причем 3D камеры сканеров выполнены разрешением не менее 2 мегапикселей, или в других случаях оно содержит 2 сканера один сверху и один снизу, причем 3D камеры сканеров выполнены разрешением не менее 4 мегапикселей.

Перечень фигур чертежей На чертеже фиг.1 изображена трехмерная кабина для построения трехмерного цветного изображения с неподвижным постаментом, на фиг.2 - трехмерная кабина для построения трехмерного цветного изображения с вращающимся постаментом, на фиг.З - поля зрения сканеров и их области перекрытия, вид спереди; на фиг.4 — силуэты человека наблюдаемые двухмерной камерой , на фиг.5 - схема 3D измерения ηΐ.,.ηό поверхности, которая попадает в поле зрения сканера с данной позиции; на фиг.6 - схема дополнения первого трехмерного скана дополнительными 3D измерениями полученными с другой позиции; на фиг. 7- схема получения цвета модели из двумерных изображений; на фиг.8— блок-схема последовательности обработки трехмерных и двухмерных данных полученных при съемке.

На чертежах обозначены:

Стойка (блок) 6 трехмерных (3D) сканеров 1, средства 2 подсветки (подсветка 2), вращающейся части 3 и однотонный (белый) экрана 4 с подсветкой 9 диодных ламп, который расположен позади объекта напротив блока 6 сканеров 1. Подсветка 2 или 9 может быть выполнена с использованием бытовых диодных ламп. Возможен вариант, когда вращается человек на поворотном подиуме 5 (фиг 2), и вариант когда человек неподвижен, а блок б трехмерньпс сканеров 1 и подсветки вращается вокруг объекта. Также обозначены поля 7 зрения сканеров 1 и их области 8 перекрытия, точки и линии 10 силуэта (контура), силуэт (контур) 11, множество границ 12 объекта, позиции 13 сканеров 1. Подсветка 2 и 9 может иметь рассеиватели или отражатели (не изображены)

3D измерения имеют область 14 перекрытия, трехмерные сканы 15, двумерное изображение 16, пиксель 17 двумерного изображения, полученный трехмерный объект 18.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Далее описывается трехмерная кабина, фиг 1,2. Состоит из блока 6 трехмерных сканеров 1 с 3D и 2D камерами и средств 2 подсветки, вращающейся части 3 и экрана 4, который расположен позади человека напротив блока 6 трехмерных сканеров 1. Возможен вариант, когда вращается человек на постаменте (идентично - подиуме, поворотной платформе) 5 - фиг 2, и вариант когда человек неподвижен, а блок 6 трехмерных сканеров 1 и подсветка 2,9 вращается вокруг человека - фиг 1.

В кабине используются трехмерные сканеры 1 структурированной подсветки 2 типа Artec L (подсветка либо лампа вспышка либо светодиодная, например, синий светодиод, тип крепежа - прищепка, держатель "гусиная шея", питание адаптер с выключателем.) Каждый сканер 1 содержит в себе проектор для проецирования структурированного изображения, 3D камеру, которая расположена под углом к проектору и которая получает 3D координаты , т.е. измеряет расстояние до объекта, путем наблюдения под некоторым углом отраженной от объекта картинки, спроецированной проектором. По искажениям заранее известной спроецированной картинки вычисляется расстояние до объекта. Также сканер 1 содержит в себе 2D камеру для съемки информации о цвете объекта т.е. обычное фото. Обе (3D и 2D) камеры синхронизированы и снимают одновременно трехмерное изображение с каждой позиции и двухмерное и их положение друг относительно друга откалибровано и заранее известно.

Заявляемый способ построения трехмерного цветного изображения реализуется заявляемым устройством в процессе сканирования, которое производится следующим образом.

Предварительно производится процесс калибровки кабины перед съемкой: Сканеры 1 произвольным образом расположены друг над другом, и информация об их относительном положении в пространстве друга относительно друга неизвестна. Перед тем как начать съемку необходимо откалибровать положение сканеров 1. Для этого необходимо, например, поместить человека в центр кабины, т.к. поля зрения сканеров 1 расположены с перекрытиями фиг. 3., то мы можем наблюдать одну и туже часть объекта с разных сканеров 1, это позволяет использовать алгоритм ICP для совмещения 3D изображений с разных сканеров и позволяет расположить эти изображения в одной системе координат и, таким образом, определить взаимное положение 3D сканеров 1.

Для осуществления построения трехмерного цветного изображения человек заходит внутрь кабины встает (или устанавливается другой трехмерный объект), на вращающийся или неподвижный подиум 5, который находится в центре кабины, не двигается и замирает в выбранном положении, происходит вращение, при котором блок 6 трехмерных сканеров 1 или человек совершает чуть больше чем полный оборот 360-450 градусов, за 10-30 секунд. Это необходимо для того, чтобы трехмерная модель получилась более точной. Затем происходит обработка всех полученных изображений со всех трехмерных сканеров 1 со всех позиций.

Сканирование 3D камерой происходит с частотой от 5 до 25 кадров в секунду. За один оборот вращения трехмерные сканеры 1 сканируют человека со всех ракурсов и таким образом получается замкнутая трехмерная модель из наложенных по краям друг на друга 3D изображений.

С каждой позиции сканер 1 получает кадр - трехмерное изображение, которое содержит от 10 - 50 тысяч трехмерных измерений, т.е. точек в системе координат 3D камеры сканера 1 т.е. каждая точка содержит в себе расстояние от 3D камеры сканера 1 до объекта.

За один оборот получается от 100 до 500 кадров с каждой позиции сканера 1 , что позволяет получить большую плотность измерений на площади поверхности и измерить все нюансы геометрии и цвета фигуры человека.

Все трехмерные изображения с каждого трехмерного сканера 1 (3D камеры) с каждой позиции сканера или ракурса помещаются в одну систему координат связанную с объектом, или в систему координат связанную с первым полученным сканом с первой позиции трехмерного сканера, с помощью алгоритмов ICP, затем происходит текстурирование модели т.е. получение цвета. Для этого все 2D изображения полученные с каждой позиции с помощью. 2D камер сканеров 1 проецируются на 3D модель в системе координат 3D модели и получается единая картинка всех смешанных изображений. Все вычисления могут происходить как на локальном компьютере, которым оборудована кабина, так и обработка может происходить на удаленном вычислительном устройстве (не изображены) и обмен данными может происходить через интернет.

Процесс сканирования т.е. один оборот происходит меньше чем за минуту. За это время человек не сильно меняет позу и это не сказывается на корректности работы ICP алгоритмов т.е. геометрические изменения 3D модели незначительные.

3D и 2D сканирование человека происходит с точностью и разрешающей способностью не хуже 2мм.

В используемых для реализации настоящего способа 3D сканерах 1 применяется 3D камера 1.25 мегапикселя 1296x964 пикселей, что не позволяет получить 3D модель человека в полный рост с требуемой точностью, с помощью только одного сканера 1, поэтому предлагается использовать, например, 4 сканера 1, расположенных в блоке 6 друг над другом. В этом случае в блоке 6 два посередине сканера 1 расположены горизонтально для того чтобы отсканировать область туловища и руки, а два сканера 1 сверху и снизу расположены вертикально., с получением на фиг1 и фиг 3 поля 7 зрения сканеров 1. Возможно использование в 3D сканерах 4-х мегапиксельных камер и более, в этом случае будет достаточно 2-х 3D сканеров.

Поля зрения 3D сканеров 1 выбраны таким образом чтобы покрыть 3D измерениями человека 2 метра ростом. Поля зрения сканеров 1 имеют область 8 перекрытия, которая приблизительно составляет 1/3 -1/8 от площади кадра, это необходимо для качественной работы алгоритмов ICP и при калибровке кабины. Количество пикселей по вертикали на четырех сканерах 1 получается приблизительно 3500 пикселей, получается что на 2мм поверхности приходится 3.5 пикселя, что достаточно для уверенного получения 3D измерения в любой области площадью 2 квадратных миллиметра на поверхности 3D модели человека.

Для получения качественной фотографической текстуры, т.е. цвета объекта, используется подсветка 2. Лампы подсветки 2 расположены равномерно рядом со сканерами 1 по всей площади передней панели блока 6 сканеров, так чтобы равномерно осветить человека в полный рост, фиг. 1,2. Подсветка 2 и 9 также может иметь рассеиватели расположенные перед лампами или отражатели для получения равномерного освещения объекта.

При сканировании волос возникают проблемы, из за того что волосы имеют тонкую структуру, которую 3D сканер не может различить. Для этого предусмотрен однотонный экран 4, который равномерно подсвечен с помощью диодных ламп подсветки 9 сверху и снизу справа и слева, который расположен на диаметрально противоположенной стороне от блока 6 сканеров 1 и всегда находится позади человека по отношению к блоку 6 сканеров 1, фиг 1,2, так что можно наблюдать силуэты 1 1 или контуры 10 человека на его фоне фиг 4. С помощью приведенного ниже алгоритма силуэтов, измерения полученные с контура 10 человека добавляются в систему координат, связанную с 3D моделью человека. Данный алгоритм не позволяет получить точную информацию о 3D модели, но позволяет получить приблизительную форму прически. Эти данные также используются при построении модели человека и позволяют дополнить информацию о форме прически человека по фиг 4.

Алгоритм ICP реализуется при этом следующим образом: С каждой позиции 13 трехмерный сканер получает 3D измерения (на чертеже обозначены: ηΐ.,.ηό) поверхности, которая попадает в поле зрения сканера 1 с данной позиции фиг. 5. Затем со следующей позиции сканер 1 вновь получает 3D измерения (на чертеже обозначены ml...m6) поверхности, эти измерения содержат в себе и новую информацию о поверхности и информацию которая содержится в 3D измерениях полученных с предыдущей позиции. Эти 3D измерения имеют область 14 перекрытия, потому что в каждом из этих 3D измерений мы сняли одну и ту же часть объекта. Измерения п3...п6 и измерения ml...m4 содержат в себе информацию об одной и той же части объекта и образуют область перекрытия двух трехмерных сканов 15 сделанных с разных позиций. По этим областям перекрытия мы можем совместить эти два трехмерных скана и зарегистрировать их в одной системе координат и дополнить первый трехмерный скан дополнительными 3D измерениями полученными с другой позиции фиг. 6, и таким образом построить общую 3D модель из полученных нами 3D измерений с разных позиций, затем можно создать полигональную сетку, для более удобного отображения модели на экране компьютера. При регистрации всех 3D измерений в одну систему координат связанную, например, с системой координат первого 3D измерения, мы также можем определить в этой системе координат и координаты всех позиций камер сканеров 1 в которых производилась съемка. Также при определении одинаковых областей перекрытия может быть использована информация о цвет объекта.

Текстурирование получаемого изображения производится по следующему алгоритму. После построения 3D модели, для каждой точки 3D измерений нужно определить ее цвет. Для этого на каждой позиции снимаем 2D изображение 16 фиг.7. Затем с каждой позиции это 2D изображение полученное с 2D камер сканеров 1 проецируется на полученный 3D объект 18 и всем 3D измерениям nl п2 пЗ, которые попали в область куда проецировался пиксель 17 2D изображения, добавляется информация о яркости этого пикселя в красной составляющей видимого света, в синей и зеленой, так как 2D камера имеет красные, синие и зеленные пиксели. Если мы для одного и того же участка поверхности имеем несколько изображений, то информация о яркости 3D измерений в этой области поверхности получается путем усреднения яркостей пикселей из разных 2D изображений. В результате мы получаем 3D модель, в которой все 3D измерения обладают яркостями в красной составляющей видимого света, в синей и зеленой, т.е каждое 3D измерение обладает цветом.

Алгоритм построения силуэтов заключается в следующем. На фиг 4. слева изображен силуэт 1 1 объекта, справа изображен вид сверху этого объекта. С каждой позиции 13 по фиг 4 камера 1 получает двухмерное изображение, в котором виден силуэт 11 человека на фоне подсвеченного белого экрана 4. Экран 4 может быть и другого равномерного цвета, например, синего или зеленного. Силуэт 11, наблюдаемый с одной позиции, своими контурами 10 ограничивает объект в пространстве фиг 4. С каждой позиции мы наблюдаем множество границ 12 объекта и, таким образом, получаем приблизительную форму объекта, т.е. приблизительную 3D модель.

Последовательность обработки трехмерных и двухмерных данных, получаемых при съемке в кабине фиг 8, состоит в следующем.

Процедура получения трехмерного цветного изображения включает процесс съемки объекта (человека) в кабине и получение трехмерных и двухмерных данных с разных позиций. Затем осуществляется обработка трехмерных и двухмерных данных для получения 3D модели объекта (человека). С помощью 2D данных формируется алгоритм силуэтов, 2D и 3D данные служат для реализации алгоритма ICP для регистрации 3D данных в одной (единой) системе координат. 2D данные и зарегистрированные 3D данные с помощью алгоритма текстурирования предоразуются в цветную 3D модель объекта (человека). После этого возможна закгрузка цветной 3D модели объекта (человека) на страницу в Интернете в личный кабинет пользователя, а затем печать трехмерной копии объекта (человека) на 3D принтере

Обработка полученных данных может происходить как на компьютере, который расположен рядом с кабиной, так и на удаленном вычислительном устройстве, обмен отсканированными данными при этом может происходить через сеть интернет. Результат обработки - цветная трехмерная модель отправляется на интернет сайт, и пользователь имеет возможность получить доступ к ней в своем личном кабинете и отправить ее на печать на трехмерный принтер, либо разрешить доступ к своей трехмерной модели другим лицам.

3D модель полученная в кабине может быть использована в разных областях.

Например, можно распечатать 3D модель человека на 3D принтере и, таким образом, получить объемную копию человека, также можно распечатать уменьшенную копию и использовать эту 3D модель как сувенир. Некоторые модели 3D принтеров имееют возможность печатать цветные 3D модели. Таким образом мы получаем новый достаточно доступный вид изобразительного искусства наряду с фотографией в нашей повседневной жизни.

Также 3D модель можно использовать для анализа объема человека для медицинских целей, целей диетологии, при планировании спортивной нагрузки и тренировок в фитнесе. Также эту 3D модель можно использовать для виртуальной примерки одежды и пошива одежды на заказ по индивидуальным меркам, потому что мы имеем набор 3D измерений и каждый портной имеет возможность сделать замер в любом месте 3D модели человека в отсутствии самого человека.

В результате использования заявляемой группы изобретений достигнуто уменьшение сложности, повышение разрешения и точности построения получаемого изображения, т.е. качества трехмерного цветного изображения объекта, с возможностью воспроизведения мелких деталей, например, волос человека, а также сокращение длительности реализации способа. Обеспечивается возможность получения цветного трехмерного изображения человека в автоматическом режиме.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение реализуется с помощью универсального оборудования, широко распространенного в промышленности.

Для справки приводятся источники информации, в которых описаны отдельные вспомогательные процедуры и программные продукты, используемые при реализации заявленной группы изобретений:

Алгоритмы ICP

[1] Besl, P. and McKay, N. "A Method for Registration of 3-D Shapes," Trans. PAMI, Vol. 14, No. 2, 1992

[2] Chen, Y. and Medioni, G. "Object Modeling by Registration of Multiple

Range Images," Proc. IEEE Conf. on Robotics and Automation, 1991

[3] RUSINKIEWICZ, S., AND LEVOY, M. 2001. Efficient variants of the ICP algorithm. In Proc. of 3DIM, 145-152.

Алгоритмы текстурирования

[1] Bornik, A. and Karner, K. "High Quality Texture Reconstruction from

Multiple Views, Journal of Visualization and Computer Animation, Vol. 12, pp. 263- 276, 2002.

[2] Agathos, A. and Fisher, R. "Color Texture Fusion of Multiple Range Images", Fourth International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, 2003. 3DIM 2003. Proceedings, pp. 139-146

[3] Roccini, C, Cignoni P., Montani C. "Multiple Texture Stitching and Blending on 3D Objects", EGWR'99 Proceedings of the 10th Eurographics conference on Rendering, pp. 1 19-130, 1999.

Алгоритмы силуэтов

[1] Visual Hull Alignment and Refinement Across Time: A 3D

Reconstruction Algorithm Combining Shape-From-Silhouette with Stereo. German .М. Cheung Simon Baker Takeo Kanade Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh PA 15213

[2] 3D reconstruction of real objects with high resolution shape and texture Y. Yemeza,*, F. Schmittb Computer Engineering Department, Кос, University, 34450 Sariyer, Istanbul, Turkey. Signal and Image Processing Department, ENST- CNRS URA820, 46 rue Barrault, 75013 Paris, France 23 June 2004

[3] Adaptive 3D Modeling of Objects by Combining Shape from Silhouette and Shape from Structured Light. Diploma thesis. Srdan Tosovic February 15, 2002