[發明專利]一種緊湊型高精度三維人臉成像方法

有效

• 申請號: 202110678834.8
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113485058B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 郭俊興;金傳廣;李虹;李寧;喻曉;孫立斌
• 申請（專利權）人: 蘇州小優智能科技有限公司
• 主分類號: G03B15/03
• 分類號: G03B15/03;G06T7/80;G06T17/00;H04N13/207;H04N13/236;H04N13/254
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 郝曉霞

1.一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于，包括：

包括光學模塊、RGB-D深度相機、補光燈模組和姿勢矯正器；

光學模塊的下部設置有結構支架，用于對面部的反射；

所述光學模塊包括為四組全反射鏡面，四組全反射鏡面的中心位于橢圓上，通過角度調整使四組全反射鏡覆蓋人臉完整面部區域；

RGB-D深度相機設置在旋轉平臺，通過驅動控制器控制旋轉平臺的角度，用于對面部的拍攝；

補光燈模組設置在光學模塊上部，對面部進行補光；

姿勢矯正器用于對面部所在位置的限定；

所述姿勢矯正器位于橢圓焦點的F1處，所述RGB-D深度相機設置在橢圓焦點的F2處；

其步驟為：

步驟1、對RGB-D深度相機與四塊全反射鏡面系統進行標定；

步驟1.1、根據深度相機對應四個光學全反射鏡面的視場范圍設計標定球，標定球精度為0.1um；

步驟1.2、將標定板順時針依次在全反射鏡面一與全反射鏡面二之間的公共成像區一、全反射鏡面二與全反射鏡面三之間的公共成像區二、全反射鏡面三與全反射鏡面四的之間的公共成像區三內擺放4個不同姿態；

步驟1.3、用RGB-D深度相機轉動到步驟1.2中的公共成像區一、公共成像區二和公共成像區三分別對應的掃描位一、掃描位二和掃描位三采集對應姿態下的標定球點云數據；

步驟1.4、對標定球點云進行去噪、球體擬合后，可依次求出公共成像區一、公共成像區二和公共成像區三之間的旋轉平移矩陣；

步驟2、將人的下巴固定于姿態矯正器上，確保人臉面部靜止不動；

步驟3、點云配準；

步驟4、紋理映射。

2.根據權利要求1所述的一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于：所述標定球為10個直徑相同、相對距離不同的標準球組成的高精度三維標定球系統，對x、y、z的標定精度為0.05mm，α、β、γ的標定精度為0.02rad。

3.根據權利要求2所述的一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于：求出公共成像區一的旋轉平移矩陣的方法為，對處理后的點云做標定球模型配準后，分別在全反射鏡面一與全反射鏡面二兩個光學視場下RGB-D深度相機在掃描位一時標定球姿態A、B、C、D下10個球中的坐標值，然后通過最小二乘法求解公共成像區一最佳的旋轉平移矩陣；公共成像區二、公共成像區三與公共成像區一的操作、計算完全相同。

4.根據權利要求3所述的一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于：步驟2中，通過驅動控制器控制RGB-D深度相機開機啟動，補光燈模組開機點亮，旋轉平臺帶動RGB-D深度相機轉到全反射鏡面一的光路系統中；其中RGB-D深度相機的視野正對全反射鏡面一中人臉的像進行掃描、重建并輸出該全反射鏡面一視野中的三維人臉模型，然后依次進行全反射鏡面二、全反射鏡面三和全反射鏡面四的光路系統中的三維人臉重建及三維數據的輸出。

5.根據權利要求4所述的一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于，步驟3中，點云配準具體為：

步驟3.1、通過標定參數，將全反射鏡面二位置采集的點云統一到全反射鏡面一位置采集的點云坐標系下；

步驟3.2、按照最近點搜索，找到點云全反射鏡面一和全反射鏡面二的對應點集；

步驟3.3、根據對應點集計算點云全反射鏡面一和全反射鏡面二的剛性變換矩陣，并為點云應用變換矩陣；

步驟3.4、如果兩片點云的配準誤差小于給定閾值，則兩組點云的配準完成，將二者合并為一組點云，并保存變換矩陣為transform.tf；

步驟3.5、重復步驟3.1-3.4，實現全反射鏡面三和全反射鏡面二點云的拼接、全反射鏡面四和全反射鏡面三點云的拼接，最終得到全反射鏡面一、全反射鏡面二、全反射鏡面三和全反射鏡面四的四個點云拼接的完整結果。

6.根據權利要求5所述的一種緊湊型高精度三維人臉成像方法，其特征在于，步驟4中紋理映射具體步驟為：

步驟4.1、根據深度緩存原理剔除不可見的三角面片；

步驟4.2、基于點云配準過程中得到的變換矩陣以及RGB相機與深度相機的標定參數，將4個位置的RGB相機統一到世界坐標系；

步驟4.3、計算三維模型每個點在不同RGB圖片中的UV坐標值；

步驟4.4、根據馬爾可夫隨機場原理，為每個三角面片選擇最佳視角；

步驟4.5、紋理顏色校正，通過全局顏色平均與局部泊松融合消除紋理顏色差異，生成帶紋理的三維人臉模型。