一种基于深度相机测量三维脚模型的装置

1.本实用新型涉及三维曲面测量技术领域，具体是一种基于深度相机测量三维脚模型的装置。


背景技术：

2.人们在购买鞋时必定要经过鞋码选配阶段，有时也要通过反复试穿才能确定合适的鞋子。当前，有关鞋型码数的匹配都是根据销量进行分段式设计，为了能尽量匹配大部分人的脚型，每个标准鞋码都相差5-10mm左右。但是，这往往就导致人们选鞋时不能选到完全合适的鞋子。而且，我国存在部分畸形脚型患者，分段式的鞋码设计无法满足他们的穿鞋需求，甚至可能损害其膝盖和腰部。因此，为了更加高效解决鞋子个性化的需求，推出自动化的足部测量设备就显得十分必要；
3.目前，三维重建技术不断发展，对物体的重建精度不断提高，这使得对三维重建后的足部模型进行测量的精度完全可以媲美手工测量的精度。由于人体的皮肤是柔性物体，且使用者站立时不免会有摇动，所以如何快速全方位地获取整只脚的三维信息是足部三维重建亟需解决的问题。
4.三维重建中通常使用深度相机来获取物体各个部分与镜头之间的距离及深度信息。在多个角度利用深度相机获取深度信息后，将各个方向的深度信息整合到同一坐标下，即可获得物体整体的三维信息。
5.tof(time-of-flight)深度相机基本原理是通过连续发射光脉冲(一般为不可见光)到被观测物体上，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。这种技术跟3d激光传感器原理基本类似，只不过3d激光传感器是逐点扫描，而tof相机则是同时得到整幅图像的深度信息。tof深度相机与普通机器视觉成像过程也有类似之处，都是由光源、光学部件、传感器、控制电路以及处理电路等几部单元组成。与同属于非侵入式三维探测、适用领域非常类似的双目测量系统相比，tof深度相机具有根本不同的3d成像机理。双目立体测量通过左右立体像对匹配后，再经过三角测量法来进行立体探测，而tof深度相机是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取。
6.因此需要一种能够将tof深度相机应用于三维脚模型的采集的装置。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便的基于深度相机测量三维脚模型的装置。
8.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于深度相机测量三维脚模型的装置，包括相互平行且均为圆形的上测量平台、中支撑平台和下支撑平台；上测量平台通过固定支架设于下支撑平台的上方，上测量平台和下支撑平台均与固定支架固定连接；中支撑平台通过滑台支架设于上测量平台和下支撑平台之间；
9.在中支撑平台上设有第二深度相机，第二深度相机与中支撑平台固定连接；在上
测量平台的上方设有三个第一深度相机，第一深度相机各自通过相机支撑机构与上测量平台相连接，相机支撑机构与第一深度相机为固定连接，相机支撑机构围绕上测量平台且与上测量平台为滑动连接。
10.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的改进：
11.所述固定支架沿上测量平台和下支撑平台的外圆周每隔120
°
设置一个，固定支架包括上固定块和下固定块，在上固定块和下固定块之间设有不锈钢支撑杆，不锈钢支撑杆上下两端分别与上固定块和下固定块固定连接；
12.所述上固定块的两两之间均设有一个相机支撑机构，下固定块的两两之间均设有一个滑台支架。
13.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
14.所述上测量平台包括圆形的防爆玻璃、环形钢板和环形的上滑轨，防爆玻璃、环形钢板和上滑轨由内向外设于同一平面且圆心相同；上滑轨穿过上固定块外侧且与上固定块固定连接，上固定块的内侧与环形钢板的外侧固定连接，且上滑轨的内圆环与环形钢板的外圆环之间留有空隙；环形钢板内圆环与防爆玻璃固定连接。
15.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
16.所述相机支撑机构包括第一滑块、下连接杆、上连接杆和相机快装板，第一滑块与上滑轨为滑动连接，第一滑块和下连接杆之间、下连接杆和上连接杆之间以及上连接杆和相机快装板之间均通过铰链铰接，所述第一深度相机与相机快装板固定连接。
17.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
18.所述下支撑平台包括圆形钢板和环形的下滑轨，圆形钢板设于下滑轨的圆环内且与下滑轨位于同一平面；下滑轨穿过下固定块的外侧且与下固定块固定连接，下固定块的内侧与圆形钢板固定连接；圆形钢板的外圆周和下滑轨内圆环之间留有空隙。
19.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
20.所述滑台支架包括可滑动滑台和连接杆，下滑轨穿过可滑动滑台的外侧且与可移动滑台为滑动连接，可移动滑台的内侧设有一个横向的凹槽，圆形钢板的外圆周设于可滑动滑台内侧的凹槽内且圆形钢板与可滑动滑台为滑动连接；可滑动滑台顶部设有一个横向的滑槽，在滑槽内设有滑块；连接杆的两端通过铰链分别与中支撑平台和可滑动滑台顶部的滑块相铰接。
21.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
22.所述下支撑平台设于底座的中心且与底座固定连接，在底座的后方，树立有金属支架，金属支架与底座固定连接；在金属支架的上部，竖向地设有电动滑台，显示屏与电动滑台的滑块固定连接。
23.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
24.所述环形钢板和圆形钢板之间设有铜柱，铜柱的上下两端分别与环形钢板和圆形钢板固定连接。
25.作为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的进一步改进：
26.所述第一深度相机和第二深度相机的镜头均面对上测量平台的中心区域。
27.本实用新型的有益效果主要体现在：
28.1、本实用新型通过三个深度相机同时采集足部侧向三维数据，一个深度相机采集
足部底部三维数据，从而实现了快速和全方位采集的目的；
29.2、本实用新型的相机支撑机构通过铰链连接，可以方便快速地实现三个深度相机相对于足部在空间中三维位置的调节；
30.3、本实用新型的中支撑平台可以在水平面上转动，从而调节深度相机x轴的取景方向与脚尖的最前点和足跟的最后点之间的连线垂直，有利于后续三维重建时减少计算误差。
附图说明
31.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
32.图1为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的示意图；
33.图2为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置(不带底座和金属支架)的侧向视图；
34.图3为本实用新型的一种基于深度相机测量三维脚模型的装置的俯视图。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：
36.实施例1、一种基于深度相机测量三维脚模型的装置，如图1-3所示，包括均为圆形的上测量平台、中支撑平台21和下支撑平台。沿上测量平台和下支撑平台的外圆周每隔120
°
设置一个固定支架，上测量平台通过固定支架设于下支撑平台的上方；中支撑平台21通过滑台支架设于上测量平台和下支撑平台之间。
37.固定支架包括上固定块14、下固定块141和不锈钢支撑杆15。在上固定块14和下固定块141之间设有不锈钢支撑杆15，不锈钢支撑杆15的两端与上固定块14和下固定块141均为固定连接。
38.上测量平台包括圆形的防爆玻璃10、环形钢板11和环形的上滑轨9，防爆玻璃10、环形钢板11和上滑轨9由内向外设于同一平面且圆心相同。沿上滑轨9每隔120
°
设有一个上固定块14，上滑轨9穿过上固定块14的外侧且与上固定块14固定连接，在上固定块14的内侧设有一个横向的凹槽，环形钢板11的外侧设于上固定块14内侧的凹槽内且与上固定块14固定连接，使得上滑轨9通过上固定块14与环形钢板11固定连接，且上滑轨9的内圆环与环形钢板11的外圆环之间留有空隙。环形钢板11内圆环与防爆玻璃10固定连接，使得防爆玻璃10和环形钢板11形成一个支撑平面，测量时，测试者可以将足部放置或站立踩踏在上测量平台上。
39.在上滑轨9上，上固定块14的两两之间分别设有一个相机支撑机构(即在上滑轨9上设有三个相机支撑机构)，用于固定和支撑第一深度相机6。相机支撑机构包括第一滑块8、下连接杆7、上连接杆17和相机快装板19。第一滑块8设于上滑轨9上且与上滑轨9为滑动连接，可以在两个上固定块14之间沿上滑轨9滑动，从而控制支撑第一深度相机6在水平面上围绕上测量平台的中心运动。第一滑块8和下连接杆7之间、下连接杆7和上连接杆17之间以及上连接杆17和相机快装板19之间均通过铰链铰接，通过控制第一滑块8和上连接杆17之间转动、上连接杆17和下连接杆7之间的转动以及上连接杆17和相机快装板19之间的转
动，从而调节第一深度相机6相对上测量平台的高度、与上测量平台中心的距离以及拍摄角度。第一深度相机6通过紧固螺钉安装在相机快装板19上，即每个相机支撑机构上各固定连接一个第一深度相机6，第一深度相机6的镜头面朝上测量平台的中心。通过相机支撑机构实现了对支撑第一深度相机6固定，同时可以调节第一深度相机6在空间中的三维位置及图像采集的角度，实现对放置于上测量平台中心足部的三维图像数据采集。
40.下支撑平台与上测量平台相互平行，包括圆形钢板28和环形的下滑轨25，圆形钢板28设于下滑轨25的圆环内且与下滑轨25位于同一平面，圆形钢板28的外圆周和下滑轨25内圆环之间留有空隙。沿下滑轨25每隔120
°
设有一个下固定块141，下固定块141设于上固定块14的正下方，下滑轨25穿过下固定块141的外侧且与下固定块141固定连接，下固定块141内侧设有一个横向的凹槽，圆形钢板28的外侧设于下固定块141内侧的凹槽内且与下固定块141固定连接。在环形钢板11和圆形钢板28之间设有多根铜柱16，铜柱16的上下两端分别与环形钢板11和圆形钢板28固定连接，用以加强对环形钢板11的支撑，提高对上测量平台的支持力度从而适合承载测试者的足部。
41.滑台支架包括可滑动滑台13和连接杆22。在下滑轨25上，下固定块141的两两之间分别设有一个可滑动滑台13(即在下滑轨25上设有三个可滑动滑台13)，下滑轨25穿过可滑动滑台13的外侧且与可移动滑台13为滑动连接，可移动滑台13的内侧设有一个横向的凹槽，顶部设有一个横向的滑槽，圆形钢板28的外侧设于可滑动滑台13内侧的凹槽内且与可滑动滑台13为滑动连接，即可滑动滑台13可以沿下支撑平台的圆周转动。可滑动滑台13顶部的滑槽内设有滑块，滑块与可滑动滑台13的顶部为滑动连接。连接杆22的两端均通过铰链分别与中支撑平台21和可滑动滑台13顶部的滑块相铰接，即中支撑平台21由三个方向的连接杆22支撑。中支撑平台21为圆形，在中支撑平台21上设有一个第二深度相机20，第二深度相机20与中支撑平台21固定连接且镜头朝上，用以采集位于防爆玻璃10上足部的底部图像信息。通过移动可滑动滑台13顶部的滑块使得支撑杆22可以撑起或者下降中支撑平台21，达到整体的升降或倾斜第二深度相机20拍摄角度的作用。上测量平台的中间采用防爆玻璃10保证支撑度的同时可以让第二深度相机10能够获取清晰的足底图像，而通过三个第一深度相机6可以快速采集足部侧向的三维图像数据，通过第二深度相机20用来获取使用者的足底以及足底边缘部分的图像数据，从而使得本装置用于采集足部的三维图像的场景。
42.下支撑平台设于底座5的中心且与底座5固定连接，在底座5的后方，树立有金属支架4，金属支架4与底座5固定连接。在金属支架4的上部，设有电动滑台1，显示屏3固定在电动滑台1的滑块上，电动滑台1的滑块与电动滑台1为竖向的滑动连接，使得显示屏3可以上下调整位置，适合不同的使用人员。
43.显示屏3、第一深度相机6和第二深度相机20均与上位机信号相连，第一深度相机6和第二深度相机20将所拍摄的图像数据发送给上位机处理，显示屏用于接收并显示上位机发送过来的图像信息，例如使用者的足部图像。
44.本实用新型的使用方法：
45.1、测试者的将需测量的足部放置于上测量平台的中心；
46.2、通过相机支撑机构调整三个第一深度相机6在空间中的位置：
47.2.1、调整第一滑块8沿上滑轨9的圆周移动，从而控制支撑第一深度相机6在水平
面上沿弧形运动进而调节三个第一深度相机6在水平面上面对的所测量足部的位置；
48.2.2、转动上连接杆17或下连接杆7，从而调节三个第一深度相机6的高度和与所测量足部的距离；
49.2.3、转动相机快装板19的角度从而调节三个第一深度相机6的拍摄角度；
50.3、移动三个可滑动滑台13顶部的滑块，使得支撑杆22撑起或者下降中支撑平台21，从而整体的升降第二深度相机20的高度；
51.移动三个可滑动滑台13顶部的滑块其中一个或二个，调节第二深度相机20的倾斜拍摄角度；
52.将可滑动滑台13沿下滑轨25转动，调节并使得第二深度相机20在水平面上x轴的取景方向与足部脚尖的最前点和足跟的最后点的连线垂直，有利于后续三维重建时减少计算误差；
53.4、启动第一深度相机6和第二深度相机20，采集图像数据。
54.最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。