1.一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于包括如下过程:S1、搭建脚部三维图像采集装置,脚部三维图像采集装置包括不同采集方向的深度相机,然后采用标定块对深度相机进行标定同步到同一坐标系;
S2、通过深度相机采集不同方向上的脚部点云并发送至上位机分别进行点云预处理,获得同一个坐标系上的预处理后的点云;
S3、将所述预处理后的点云按采集来源两两组合为一组,输入PREDATOR网络进行粗匹配,获得粗匹配后的变换矩阵,并使用粗匹配后的变换矩阵与所述预处理后的点云变换获得同一坐标系上的粗匹配后的点云;
S4、将所述粗匹配后的点云按采集来源两两组合,采用基于法向量和曲率的NICP算法对两两组合的每组粗匹配后的点云进行精准匹配,获得精准匹配的变换矩阵,并使用精准匹配的变换矩阵对粗匹配后的点云变换获得位于同一坐标系上的精准匹配的点云;然后将精准匹配的点云进行融合成一个点云;
S5、对融合后的点云的表面点云进行光滑处理,然后使用alpha‑shape表面重建算法获得三维脚模型;
S6、对融合后的点云进行数据测量获得足部的长度、宽度、高度以及围长。
2.根据权利要求1所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:步骤S1中所述脚部三维图像采集装置包括方形平台,在方形平台上前后各设有二个深度相机,从方形平台的左上角开始,按顺时针方向依次为前一号相机、前二号相机、后一号相机和后二号相机,前一号相机和前二号相机分别设于方形平台的左上角和右上角,后一号相机和后二号相机位于方形平台上的底边且与方形平台中轴线的夹角为15°,夹角的顶点为方形平台的中心;深度相机的镜头均指向平台中心,镜头高度30cm;
被采集者的双脚分别踩于方形平台的中间位置,分列于中轴线的两侧,脚尖朝向前面的二个深度相机,脚跟朝向后面的二个深度相机,每个深度相机采集的脚部点云均包括左脚点云和右脚点云。
3.根据权利要求2所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:所述采用标定块对深度相机进行标定同步到同一坐标系的具体方法为:S1.1、所述方形平台上放置至少三块标定块,标定块的高度均低于深度相机的镜头;通过前一号相机、前二号相机、后一号相机、后二号相机分别获取每个标定块的三维点云;
S1.2、对每个标定块的三维点云同时进行Harris3D角点检测,获得三维点云中标定块的的端点;
S1.3、通过标定块的的端点对四个深度相机进两两标定:前二号相机到前一号相机的的坐标变换为:
C1=R1C2+T1 (6)
后一号相机到前二号相机的坐标变换为:
C2=R2C3+T2 (7)
后二号相机到后一号相机的坐标变换为:
C3=R3C4+T3 (8)
后一号相机到前一号相机的坐标变换为:
C1=R1(R2C3+T2)+T1 (9)
后二号相机到前一号相机的坐标变换为:
C1=R1(R2(R3C4+T3)+T2)+T1 (10)其中,C1、C2、C3和C4分别为前一号相机、前二号相机、后一号相机和后二号相机获取的点云所在坐标,前二号相机到前一号相机的变换矩阵为R1,T1,后一号相机到前二号相机的变换矩阵为R2,T2,后二号相机到后一号相机的变换矩阵为R3,T3。
4.根据权利要求3所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:步骤S2中所述点云预处理的具体过程为:将所述不同方向上的脚部点云均经过直通滤波和欧式聚类分割后再按式(6)‑式(10)同步到同一个坐标系上,从而获得同一坐标系上的预处理后的点云:(1)、直通滤波:首先指定一个维度以及该维度下的值域,其次,遍历点云中的每个点,判断该点在指定维度上的取值是否在值域内,删除取值不在值域内的点;遍历结束后留下的点为直通滤波后的点云;
(2)、欧式聚类分割:根据点之间的欧式距离分割直通滤波后的点云,对联通区域按照从大到小进行排序,保留含有点数量大于2000的联通区,将剩余联通区域在空中的大量飞蝇噪声删除。
5.根据权利要求4所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:步骤S4中所述精确匹配的具体过程为:
计算所输入的二个所述粗匹配后的点云中每个点的特征,根据点的距离和特征找二个所述粗匹配后的点云中的匹配点对,并加入限制旋转角度小于5°、位移的欧式距离小于
10mm的条件;利用最小二乘法最小化和最小化目标函数以求解点云获得所述两个精确匹配后的变换矩阵。
6.根据权利要求5所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:步骤S5获得所述三维脚模型的具体过程为:
S5.1、使用移动最小二乘法对融合后的点云的表面点云进行拟合实现光滑处理;
S5.2、alpha‑shape表面重建算法具体为:使用两个半径为alpha球体在点云的内外表面滚动,在两个球体内外滚动的轨迹有接触时,两个球体中的任意一点满足到两个球体轨迹中其中一个的球心的距离大于alpha则判定为边界,从而获得所述三维脚模型。
7.根据权利要求6所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:步骤S6中所述数据测量具体方法为:
S6.1、所述方形平台作为三维坐标系上的XOY平面,将脚趾的朝向作为y轴正方向,,脚宽与x轴平行,融合后的点云包括左脚点云与右脚点云,分别对左脚点云和右脚点云进行数据测量;
S6.2、遍历左脚点云(或右脚点云),y值最小的点定为足跟点H(xh,yh,zh),y值最大的点为第二脚趾点T(xt,yt,zt),足跟点作为三维坐标系的原点,然后所有点云P(xi,yi,zi)的x,y,z值均减去点H的x,y,z值,将整只脚就平移到原点:P′=(xi‑xh,yi‑yh,zi‑zh)(i=1,2,3…n) (12)S6.3、根据第二脚趾点T点的x,z值将足部点云绕轴旋转至于y轴精确平行,点T与点H均在y轴上:绕x轴旋转
绕z轴旋转ω°;
S6.4、找到x轴的最大点L(xl,yl,zl)点和最小点R(xr,yr,zr),将足部点云绕其夹角旋转至于x轴平行:绕y轴旋转θ°;
S6.5、在点T和点H之间距离的0%~30%内,且y轴小于5cm的点中,找到x轴的最大点HL(xhl,yhl,zhl)最小和HR点(xhr,yhr,zhr),计算足部的长度、宽度、高度以及跖趾围长:(1)、脚长为点T和点H的距离;
(2)、脚宽为点L和点R的距离;
(3)、足跟宽为点HL和点HR的距离;
(4)、根据已找到的点L和R,将y值介于两点之间的点,投影至XOY面,提取在平面上的点云,用凸包算法找到平面最外层的点,将其连接起来,按顺时针方向计算每个点PPi(xi,yi,zi)之间的距离,距离之和为跖趾围长:
8.根据权利要求7所述的一种利用深度相机重建三维脚模型及参数测量方法,其特征在于:所述按采集来源两两组合具体为按前一号相机和前二号相机、前二号相机和后一号相机、后一号相机和后二号相机分别进行组合。