(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211081085.1 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街5号 (72)发明人 李俊峰　洪仁彦　盛育豪　李镇宇　 (74)专利代理 机构 杭州中成专利事务所有限公 司 33212 专利代理师 金祺 (51)Int.Cl. G06T 7/30(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06F 17/16(2006.01)G06V 10/26(2022.01) G06T 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种利用深度相机重建三维脚模型及参数 测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用深度相机重建三维 脚模型及参数测量方法， 通过深度相机采集脚部 点云并进行点云预处理， 将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， 然后采用NICP算法进行精准匹配， 将精 准匹配的点 云融合成一个点云； 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； 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。 本发明基于四个深度相机作为脚部 三维图像采集装置， 使 得硬件成本降低的同时又 能保证精度在可用范围内； 使用PREDATOR 网络进 行粗匹配和NICP算法进行精确匹配相结合， 适合 人体足部点云， 重建精度高。 权利要求书3页 说明书12页 附图4页 CN 115409876 A 2022.11.29 CN 115409876 A 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)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115409876 A 2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值最大的点权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115409876 A 3