基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台包括机械结构单元、控制电路单元和电源模块，机械结构单元包括kinect扫描装置模块和电动转盘；控制电路单元包括超声波测距装置、丝杆步进电机驱动电路、微处理器、转盘驱动电路和电平转换电路；超声波测距装置与kinect扫描装置模块相连接，计算机通过USB转9针串口线与电平转换电路相连，本实用新型可实现计算机实时控制三维扫描硬件平台工作，自动采集人体三维数据并实时传送给计算机，高效完成人体的彩色三维扫描，系统具备低成本、操作简单、扫描速度快、灵活性高、自动化等优点。
【专利说明】基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及基于kinect设备的人体彩色三维扫描硬件平台设计，属于计算机视觉领域和自动化控制领域，可应用于快速低廉方式的获取人体全身三维体数据。
【背景技术】
[0002]人体三维信息的获取在三维动画、计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域是一个很重要的问题，有着广泛的应用价值。
[0003]现有关于人体三维扫描的系统的专利国内不多，并且很多存在不足，一般不是成本高就是人工辅助较多，也就是说全自动化的，并由计算机实时控制工作状态的廉价的人体三维扫描硬件平台至今还没有。例如，现有技术中，扫描仪多采用结构光扫描仪或者是激光扫描仪，一台结构光扫描仪市场价平均为80000人民币，而一台激光扫描仪便宜的几万，贵的则要10几万，甚至上百万，同时，真正实现人体的三维扫描只使用一台扫描仪是远远不够的，这个价格的代价是可想而知的。同时，这些专业级别的扫描仪纵使能获取高精度的数据，但是操作困难，对于一般的非专业人士操作并获取实物理想精确的三维数据，几乎是不可能的。并且，要使用这些复杂的扫描仪器进行扫描，人工辅助是必不可少的，要实现全自动化人体扫描还有一段时间要走。
[0004]综上，现有技术中，三维扫描系统成本高、操作控制复杂，不适于推广应用。深度相机kinect成本低、kinect机械结构轻巧，操作方便，如果kinect与丝杆等传动工具结合使用，实现三维扫描，将大大降低三维扫描的成本，操作简便。
实用新型内容
[0005]本实用新型基于现有三维扫描系统多数采用结构光扫描仪、激光扫描仪等昂贵设备，资金消耗大、操作较复杂、人工辅助扫描步骤较多等缺陷，本实用新型提供一套具备廉价、操作方便、快速自动化扫描、计算机可控制等优点的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台。
[0006]本实用新型采用的技术方案为:
[0007]基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台包括机械结构单元、控制电路单元和电源模块。计算机通过USB转9针串口线连接控制电路单元接入本实用新型硬件平台，220V外接交流电线通过电源模块连接入该硬件平台。
[0008]机械结构单元包括kinect扫描装置模块和电动转盘。控制电路单元包括超声波测距装置、丝杆步进电机驱动电路、用于控制丝杆步进电机驱动电路的微处理器、转盘驱动电路和电平转换电路；
[0009]超声波测距装置与kinect扫描装置模块相连接，微处理器与丝杆步进电机驱动电路、转盘驱动电路和电平转换电路相连接，计算机通过USB转9针串口线与电平转换电路相连。
[0010]kinect扫描装置模块包括支架装置、丝杆传动机械结构、第一 kinect、第二kinect、第一金属弹片轻触开关和第二金属弹片轻触开关，支架装置上固定设置丝杆传动机械结构，丝杆传动机械结构用于固定第一 kinect、第一 kinect,丝杆传动机械结构顶端固定第一金属弹片轻触开关，丝杆传动机械结构底端固定第二金属弹片轻触开关，当丝杆传动机械结构运动到最大限度时，触动第一金属弹片轻触开关和第二金属弹片轻触开关，丝杆传动机械结构能够向相反方向运动。
[0011]支架装置包括铁架底座、第一 U形铁板、第二 U形铁板、第一方管、第二方管、第三方管和支撑台，铁架底座为正方形底座，正方形底座的一组对边中点连接设置第一 U形铁板，第一 U形铁板的1/3点处设置有竖直向上的第二 U形铁板，正方形底座的另一组对边中点和第二 U形铁板下部的两侧连接设置第一方管、第二方管，第一方管、第二方管与第二 U形铁板接触处固定设置支撑台，第二 U形铁板的上端与第一 U形铁板远上述1/3点的端点间连接设置第三方管。
[0012]支撑台为三角形支撑台，三角形支撑台的水平支撑面上设置有用于防止丝杆轴底部与支撑台摩擦的通孔。
[0013]丝杆传动机械结构包括步进电机、丝杆、第一滑台、第二滑台和丝杆导轨，步进电机控制线接入控制电路单元；第一滑台和第二滑台上固定设置有圆柱空心管，圆柱空心管的两端设置分别设置有第一魔术手臂和第二魔术手臂，第一魔术手臂和第二魔术手臂的前端分别设置有用于固定第一 kinect的第一 kinect托盘和固定第二 kinect的第二 kinect托盘。
[0014]电源模块外接220V电源，电源模块包括220V转24V电源转换电路和220V转5V电源转化电路，24V电源输出为丝杆步进电机驱动电路供电，输5V电源输出为微处理器和转盘控制电路供电。
[0015]较优地，第一 kinect和第二 kinect外接220V交流电线。
[0016]较优地，电动转盘外接220V交流电线。
[0017]较优地，正方形底座为I米*1米的正方形，第二 U形铁板为2m，支撑台距离地面30厘米，第三方管顶端距离地面1.8米，第一魔术手臂和第二魔术手臂间距90厘米。
[0018]采用上述技术方案后，本实用新型实现了机械结构单元、控制电路单元和电源模块之间的相互联系。机械结构单元主要负责人体三维扫描的硬件前端，支架装置用于固定丝杆传动机械结构，传动机械结构用于固定两台kinect设备,两台kinect竖直一上一下间隔约Im分别固定在第一 kinect托盘和和第二 kinect托盘上。
[0019]电动转盘上面站人，丝杆传动机械结构和电动转盘能实现同步工作，机械结构中丝杆将带动两台kinect上下做扫描工作，电动转盘让带动人做圆周运动，电动转盘速度大约是一圈45s，硬件平台实现电动转盘转满一整圈，丝杆传动机械结构上下运动一个周期，这个时间也是捕获人体全身完整数据的时间下限。计算机与硬件平台之间的通信通过控制电路单元完成，控制电路单元中的微处理器会接收计算机发送过来的控制信号，并驱动丝杆传动机械结构工作。当丝杆传动机械结构运动到最大限度时，会触动轻触开关，微处理器接收到“提醒”信号，控制指令被调用，丝杆传动机械结构往相反方向运动。
[0020]控制电路单元中的超声波测距装置，实时测算丝杆滑台位置，并把位置信息传送给微处理器，微处理器再把这个位置信息通过串口线发送给计算机，便可实现计算机对丝杆滑台运动位置的实时监控。[0021]与现有技术相比，本实用新型的有益效果有:本方案实现计算机实时控制和实时获取硬件平台的工作状态，当出现扫描情况不佳的情况，用户可以操作计算机上的上位机软件，便可方便的及时的调整硬件平台的工作状态，对人体进行多次重复扫描，弥补扫描数据不足，因此，硬件平台启动工作后便实现自动化扫描，用户只需要关注扫描数据的情况便可以对人体实现重复扫描，操作方便，灵活性高。
[0022]进一步地，在扫描效果上看，本实用新型可以同时捕获人体的深度数据和彩色数据，并且两种数据可以同步的输入计算机储存，并可以通过算法重建出彩色的三维虚拟人物，可应用于后期的虚拟现实等应用开发。
[0023]进一步地，本实用新型通过丝杆传动系统带动两台kinect进行上下往返运动，同时电动转盘也带动人做圆周运动，并设定电动转盘转动一圈，kinect刚好上下往返运动一次，相比一些只固定扫描仪，人体做圆周运动的扫描系统，本实用新型缩短扫描仪和人之间距离，从而更加提高扫描的精度，提高三维扫描效率。
[0024]进一步地,本实用新型采用多kinect实现三维扫描，成本低，操作简便、控制简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本实用新型；
[0026]图1为本实用新型结构示意图；
[0027]图2为本实用新型机械结构单元示意图；
[0028]图3为本实用新型机械结构单元的支架装置结构示意图；
[0029]图4为本实用新型丝杆机械传动结构和kinect连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0031]如图1所示，基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，包括机械结构单元、控制电路单元和电源模块。
[0032]控制电路单元包括超声波测距装置、丝杆步进电机驱动电路、用于控制丝杆步进电机驱动电路的微处理器、转盘驱动电路和电平转换电路，微处理器可以使用MCUS12XS128。
[0033]超声波测距装置与kinect扫描装置模块相连接，微处理器与丝杆步进电机驱动电路、转盘驱动电路和电平转换电路相连接，计算机通过USB转9针串口线与电平转换电路相连。
[0034]电源模块包括220V转24V电源转换电路和220V转5V电源转化电路，24V电源输出为丝杆步进电机驱动电路供电，输5V电源输出为微处理器和转盘控制电路供电；第一kinect和第二 kinect外接220V交流电线；电动转盘外接220V交流电线。
[0035]如图2所示，机械结构单元包括kinect扫描装置模块和电动转盘I ;kinect扫描装置模块包括支架装置2、丝杆传动机械结构3、第一 kinect401、第一 kinect402、第一金属弹片轻触开关501和第二金属弹片轻触开关502，支架装置2上固定设置丝杆传动机械结构3，丝杆传动机械结构3用于固定第一 kinect401、第一 kinect402,丝杆传动机械结构3顶端固定第一金属弹片轻触开关501，丝杆传动机械结构3底端固定第二金属弹片轻触开关502。
[0036]如图3所示，支架装置包括铁架底座201、第一 U形铁板202a、第二 U形铁板202b、第一方管203a、第二方管203b、第三方管203c和支撑台204，铁架底座201为正方形底座，正方形底座的一组对边中点连接设置第一 U形铁板202a，第一 U形铁板202a的1/3点处设置有竖直向上的第二 U形铁板202b，正方形底座的另一组对边中点和第二 U形铁板202b下部的两侧连接设置第一方管203a、第二方管203b，第一方管203a、第二方管203b与第二U形铁板202b接触处固定设置支撑台204，第二 U形铁板202b的上端与第一 U形铁板202a远上述1/3点的端点间连接设置第三方管203c。
[0037]支撑台204为三角形支撑台，三角形支撑台的水平支撑面上设置有用于防止丝杆轴底部与支撑台摩擦的通孔。
[0038]如图4所示，丝杆传动机械结构包括步进电机301、丝杆302、第一滑台303、第二滑台304和丝杆导轨305，步进电机301控制线接入控制电路单元；
[0039]第一滑台303和第二滑台304上固定设置有圆柱空心管306，圆柱空心管306的两端设置分别设置有第一魔术手臂307a和第二魔术手臂307b，第一魔术手臂307a和第二魔术手臂307b的前端分别设置有用于固定第一 kinect的第一 kinect托盘308a和固定第二kinect 的第二 kinect 托盘 308b。
[0040]较优地，正方形底座为I米*1米的正方形，第二 U形铁板为2m，支撑台距离地面30厘米，第三方管顶端距离地面1.8米，第一魔术手臂和第二魔术手臂间距90厘米。
[0041]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:包括机械结构单元、控制电路单元和电源模块； 所述机械结构单元包括kinect扫描装置模块和电动转盘； 所述控制电路单元包括超声波测距装置、丝杆步进电机驱动电路、用于控制丝杆步进电机驱动电路的微处理器、转盘驱动电路和电平转换电路； 所述超声波测距装置与kinect扫描装置模块相连接，所述微处理器与丝杆步进电机驱动电路、转盘驱动电路和电平转换电路相连接。
2.根据权利要求1所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述kinect扫描装置模块包括支架装置、丝杆传动机械结构、第一 kinect、第一 kinect、第一金属弹片轻触开关和第二金属弹片轻触开关，所述支架装置上固定设置丝杆传动机械结构，所述丝杆传动机械结构用于固定所述第一 kinect、第二 kinect,所述丝杆传动机械结构顶端固定第一金属弹片轻触开关，所述丝杆传动机械结构底端固定第二金属弹片轻触开关。
3.根据权利要求2所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述支架装置包括铁架底座、第一 U形铁板、第二 U形铁板、第一方管、第二方管、第三方管和支撑台，所述铁架底座为正方形底座，所述正方形底座的一组对边中点连接设置第一 U形铁板，所述第一 U形铁板的1/3点处设置有竖直向上的第二 U形铁板，所述正方形底座的另一组对边中点和第二 U形铁板下部的两侧连接设置第一方管、第二方管，所述第一方管、第二方管与所述第二 U形铁板接触处固定设置支撑台，第二 U形铁板的上端与第一 U形铁板远所述1/3点的端点间连接设置第三方管。
4.根据权利要求3所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述支撑台为三角形支撑台，所述三角形支撑台的水平支撑面上设置有通孔。
5.根据权利要求2所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述丝杆传动机械结构包括步进电机、丝杆、第一滑台、第二滑台和丝杆导轨，所述步进电机控制线接入控制电路单元； 所述第一滑台和第二滑台上固定设置有圆柱空心管，所述圆柱空心管的两端设置分别设置有第一魔术手臂和第二魔术手臂，所述第一魔术手臂和第二魔术手臂的前端分别设置有用于固定第一 kinect的第一 kinect托盘和固定第二 kinect的第二 kinect托盘。
6.根据权利要求1所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述电源模块包括220V转24V电源转换电路和220V转5V电源转化电路，所述24V电源输出为丝杆步进电机驱动电路供电，所述输5V电源输出为微处理器和转盘控制电路供电。
7.根据权利要求2所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述第一 kinect和第二 kinect外接220V交流电线。
8.根据权利要求1所述的基于多台kinect的人体三维扫描硬件平台，其特征在于:所述电动转盘外接220V交流电线。
【文档编号】G06F3/01GK203673527SQ201420022738
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】张洛声, 王康, 童晶, 肖旋旋, 巢海远 申请人:河海大学常州校区