人足部表面形状进行三维测量及三维重构，需要对所 述的单目多视角立体视觉箱进行标定。
[0024] 进一步，下面的问题是如何准确地从各不同特定视角的视图中分割出真人足部边 缘形状，图像进行分割和边界轮廓线的提取是三维重建的基础，它将直接影响到三维重建 后模型的精确性；这里采用了全局Ostu算法对5幅图像进行分割，在提取真人足部前景后， 还需要对所有视角的真人足部图像进行归一化处理。由于真实摄像机与虚拟摄像机拍摄距 离不同，俯视图与其它视角的图像会存在大小上的差别，因此需要调整各不同特定视角的 视图中的真人足部的大小、位置及方向，使其满足基本视图之间长对正、高平齐、宽相等的 对应关系。
[0025] 近年来，基于采样点元的表面几何建模与绘制的方法，在计算机图形学领域内受 到越来越多的关注；基于点的几何表达和处理无需维护其表面的全局一致的拓扑结构，而 显得特别灵活和简单；同时3D打印技术的原理也十分类似于点元输出，其每个数字切片的 实质就是有点元阵列；鉴于上述因素，本发明采用采样点元的表面几何建模方式对真人足 部进行三维重建；具体做法是根据5个不同视角，即从俯视图、主视图、左视图、后视图以及 右视图中读取真人足部上各表面点的空间信息，利用各视图之间满足长对正，高平齐，宽相 等的空间约束条件来限定真人足部上的表面体素几何位置。
[0026] 由于真人足部在一个视图上的投影只反映它的二维信息，故在一个视图中无法完 整确定真人足部形状。而真人足部在两个互相垂直的视图上的投影已能反映它的三维信 息，一般情况下也可以确定真人足部的三维形状。但若真人足部的某一面与这两视图平面 均垂直则会导致遮挡现象发生，在这种情况下通常需要补充第三个视图投影才能完整反映 真人足部的三维形状，而对于真人足部几乎不存在着遮挡现象，因此通过两两互相垂直的 视图上的投影就能重构出真人足部的三维形状。在机械制图中常用三个互相垂直的平面组 成物体的投影体系。
[0027] 在机械制图中视图分为基本视图、向视图、局部视图和斜视图。物体向六个基本 投影面投影所得到的视图称为基本视图，分别为主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图、 后视图。自前方投射得到的投影为主视图，主视图中包含了正前方视角中物体外观的长度 和高度信息；自上方投射得到的投影为俯视图，俯视图中包含了物体外观的长度和宽度信 息；自左侧投射得到的投影为左视图，左视图中包含了左侧视角中物体外观的长度和高度 信息；自右侧投射得到的投影为右视图，右视图中包含了右侧视角中物体外观的长度和高 度信息；自下方投射得到的投影为仰视图，仰视图中包含了仰视视角中物体外观的长度和 宽度信息；自后方投射得到的投影为后视图，后视图中包含了后方视角中物体外观的长度 和高度信息；基本视图之间保持长对正、高平齐、宽相等的对应关系，这是本发明中获取真 人足部表面点信息，即点云数据，并以此进行三维重建的基本前提。
[0028] 由于数字化鞋楦不需要真人足部表面点的颜色信息，鞋楦的点云数据用高斯球面 坐标来表达的话，为（a，，r)，高斯球面坐标系的原点设置在5个摄像机的光轴线的交点 处为〇,世界坐标系的Z轴与真实摄像机的光轴重合，X轴和Y轴与4个虚拟摄像机中的2 个虚拟摄像机的光轴重合；鞋楦表面某物点A在笛卡尔坐标系的空间坐标为（x，y，z)，A点 到坐标原点0的距离为r，A点到坐标原点0的连线与Z轴之间的夹角为入射角0，A点到 坐标原点〇的连线在XY平面上的投影线与X轴之间的夹角为方位角a。
[0029] 进一步，说明真人足部表面上所有点的云数据的获取方法。假设真人足部表面某 一物点A的空间坐标为（x，y，z);那么空间点A在X0Y平面上的投影点A1必然是俯视图中 的坐标点（x，y);在X0Z平面上的投影点A2必然是主视图中的坐标点（x，z);在Y0Z平面上 的投影点A3必然是侧视图中的坐标点（y，z);根据上述约束条件，通过高斯球面坐标情况 下遍历的方式，以入射角0、方位角a和距离r为变量遍历整个真人足部的表面，获得真人 足部的表面各物点的点云数据。
[0030] 遍历整个真人足部表面时，首先要建立高斯坐标系，坐标系的原点设定在5个摄 像机的光轴线的交点处，主视图和后视图中为X0Z平面，左视图和右视图中为Y0Z平面，俯 视图中为X0Y平面，以X0Z平面和Y0Z平面将真人足部切分为四个体，即以方位角a相隔 90°进行切分；进行这样切分后得到在不同方位角a情况下遍历视图的范围，如表1所 示；
[0031] 表1方位角a的范围与遍历的视图范围的关系
[0032]
【主权项】
1. 一种基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于，包括用于拍摄真 人足部在5个不同视角图像的单目多视角立体视觉箱和实现真人足部三维重构和自动生 成3D打印文件的计算机； 所述的单目多视角立体视觉箱内设有平面镜矩形状斗型腔，该平面镜矩形状斗型腔由 4面梯形镜面组成，镜体上大下小且镜面朝向腔体内侧；平面镜矩形状斗型腔的下部设有 为真人足部提供均匀柔照明的光源；单目多视角立体视觉箱内还设有根据镜面的折反射原 理得到真人足部多个视角影像的摄像机； 所述的计算机包括： 单目多视角立体视觉标定单元，用于对单目多视角立体视觉箱进行标定； 图像分割、变换及校正单元，用于从各不同特定视角的视图中分割出真人足部边缘形 状，并利用标定结果参数对所有视角的真人足部图像进行归一化处理，使5个不同视角图 像符合投影关系； 彩色图像增强单元，用于将5个不同视角图像中真人足部的图像亮度均匀化； 真人足部表面形状测量单元，用于真人足部表面形状进行三维测量，得到真人足部表 面形状的三维点云数据； 自动生成STL文件单元，用于根据获得的三维点云数据，生成3D打印文件。
2. 如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于， 所述的单目多视角立体视觉箱内还设有与平面镜矩形状斗型腔的轴心成45°配置的第二 反射镜面，以及与摄像机的光轴成45°配置的第一反射镜面；且所述的第一反射镜面与所 述的第二反射镜面成90°配置。
3. 如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于， 所述的光源包括框架，固定在框架上的内圆弧型混光面，以及对照所述内圆弧型混光面均 匀排列的矩形白色LED。
4. 如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的真人鞋型复制装置，其特征在于， 所述平面镜矩形状斗型腔的设计原则如下： 首先定义以下几个参数：摄像机的中心点为C，虚拟摄像机的中心点为D，真人足部中 心为E，直线DE与镜面的交点为F，直线⑶与镜面延长线的交点为G，ZCFE为y，ZCFG 为n，ZGFD为0，线段CE，即物距的长为h，线段EF的长为1 ;根据镜面的折反射原理，摄 像机到镜面的距离与虚拟摄像机到镜面的距离相等，即直线FG为线段CD的中垂线，因此有 n= 0 ;当虚拟摄像机位于水平位置拍摄时，有直线DE垂直于直线CE，因此可以得到公式 (7)的关系式： tany=h/1 (7) 利用式⑵与前面得到的n= 0进而可以求出：
式中，0即为镜面的敞角； 当摄像机拍摄的物距和真人足部到镜面的距离确定后，根据式（8)来设计平面镜矩形 状斗型腔的敞