高分辨率激光三维彩色人体扫描仪

数字人体模型（Digital Human Modeling, DHM）是目前国际上的研究热点，应用涉及服装工业、汽车产品、航空工业、医学和康复工程、人体建模和测量学、人体工效学产品设计等诸多领域，其基础是人体三维信息的获取和数字建模。本课题组长期致力于三维彩色数字化理论与技术研究，取得了较好的研究成果,获得两项国家发明专利。本课题拟在已有研究成果基础上,采用自己拥有的专利技术,按照仪器化、智能化、产品化的思想，研制高分辨率的激光三维彩色人体扫描仪，包括针对人体全身和专门针对人体脸部丰富细节的两种不同型号的扫描仪。关键解决动态精密移动标定靶的研制和高精度全自动标定方法的实现，快速、有效的三维数据处理方法和软件实现，不同姿势自动人体工学尺寸测量算法及其准确性，仪器误差补偿和精度校准方法，以及精度评价标准。使仪器的总体性能如测量范围、典型分辨率、测量时间、测量精度等达到国际先进水平。

3D成像、3D显示和3D打印技术是近年来快速发展的新技术，本项目基于激光扫描3D成像原理，研究人体3D彩色成像技术，可广泛应用于航天航空、汽车工业、服装工业、电子商务、医学和康复工程、人体工效学、动画等重要领域。.按照计划书研究内容和研究目标，本项目以仪器化、产品化、智能化的思想，在高分辨率激光三维彩色人体扫描仪硬件系统、软件系统、误差补偿与精度评价等方面进行了深入研究，提出了一系列创新性方法，圆满实现了预期的研究目标，完成了一套可以扫描人体全身的高分辨率激光三维彩色扫描仪样机、一套专门针对人体面部的高分辨率脸部激光三维扫描仪，并超额完成了红外激光3D彩色人体头部扫描仪样机一套。在关键技术方面，基于光带轮廓线多边形和扫描线序号表示的自适应重心算法，实现了光带中心线精确提取；提出了采用二维电动平移台驱动矩形陶瓷量块标定靶实现多传感器的同步标定方法；基于动态精密移动的直立标定靶和BP神经网络方法，建立三维点云坐标和二维彩色图像的映射关系，采用彩色传感器分区对应扫描区域方式，生成了3D彩色模型。在三维点云数据的处理和应用方面，提出了基于曲率特征混合分类的高密度点云去噪平滑算法、基于曲率图的多传感器三维点云数据两步配准算法和基于优化DRG的三维人体点云骨架提取方法；并提出了一种基于人体特征提取的模特体形尺寸自动测量方法。在误差补偿和精度评价方面，提出了基于圆柱体标准件和刚体变换的多传感器点云误差逐层修正方法，以及基于圆盘、长方体、圆柱等不同形状、大小的几何体组成组合标准件的综合性能评价方法。分别通过对标准件的测量，验证了人体扫描仪和面部扫描仪样机的直线测量精度，达到了研究目标要求。.在项目实施过程中，项目组在Optics and Lasers in Engineering等国际期刊和本领域的重要会议(SPIE, HCII, 3DBST等)发表(含已录用)论文11篇；培养研究生9人，已毕业5人；申请国家发明专利3项，已授权1项，并将原有专利“激光三维彩色扫描数字化方法及数字化仪”实施许可。