CN108334853A - 一种头部面部3d四维数据采集装置 - Google Patents

Abstract

一种头部面部3D四维数据采集装置，包括检测组件，用于根据人体特征信息及头部面部方向信息确定头部面部位置坐标；图像信息收集组件，用于获取所述被采集对象的头部面部图像数据，并将所述头部面部图像数据传输至数据处理组件；支撑架，用于安装所述图像信息收集组件；数据处理组件，其信息输入端连接所述图像信息收集组件的信息输出端，用于接收所述图像信息收集组件传输的头部面部图像数据，对所述头部面部图像数据进行处理和计算，生成所述被采集对象的3D四维头部面部数据。本发明与传统技术相比，结合数字图像处理技术、人工智能控制技术，提供一种操作简单、速度快、精度高的头部面部3D四维数据采集装置。

Description

一种头部面部3D四维数据采集装置

技术领域

本发明涉及生物识别技术领域，特别是一种头部面部3D四维数据采集装置。

背景技术

头部面部作为生物特征即生物固有的生理或行为特征之一，具有一定的唯一性和稳定性，即任何两生物的某种头部面部特征之间的差异比较大，且头部面部特征一般不会随着时间发生很大的变化，这就使得头部面部特征很适合应用在身份认证或识别采集装置中的认证信息等场景中。

目前使用单一相机采集头部面部特征数据，单一相机只能采集某个特定的角度，或者需要调整相机来采集不同角度的头部面部特征，实际使用起来不便捷，较为繁琐，因此亟待解决这一技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的头部面部3D四维数据采集装置。

本发明实施例提供了一种头部面部3D四维数据采集装置，包括：

检测组件，用于根据被采集对象特征信息及头部面部方向信息确定头部面部位置坐标；图像信息收集组件，用于获取所述被采集对象的头部面部图像数据，并将所述头部面部图像数据传输至数据处理组件；支撑架，用于安装所述图像信息收集组件；数据处理组件，其信息输入端连接所述图像信息收集组件的信息输出端，用于接收所述图像信息收集组件传输的头部面部图像数据，对所述头部面部图像数据进行处理和计算，生成所述被采集对象的3D四维头部面部数据。

优选地，所述图像信息收集组件为多台可见光相机形成的相机矩阵，所述支撑架包括设有弧形承载结构的支撑结构，所述多台可见光相机布置在所述弧形承载结构上。

优选地，所述弧形承载结构形成U字形，所述检测组件设于U字形的弯弧处，以便采集时与被采集者的面部位置对应。

优选地，所述图像信息收集组件为光场相机、激光、光栅中的一种或多种，所述支撑架上设有滑轨，所述图像信息收集组件可沿所述滑轨绕头部面部滑动半周以上。

优选地，还包括：补光灯，用于获取当前环境的亮度，当根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用补光灯补光，所述补光灯与所述支撑架固定连接。

优选地，所述补光灯为带状补光灯，沿所述头部面部周向均匀分布。

优选地，所述图像信息收集组件包括深度红外相机和变焦彩色相机，所述支撑架上设有相机放置机构，所述检测组件包括人体感应测量模块。

优选地，还包括与所述检测组件信息输出端连接的座椅，所述数据处理组件包括驱动器，该驱动器用于基于所述头部面部位置坐标驱动所述座椅上升或下降。

优选地，所述数据处理组件还包括：图像处理器，用于对所述头部面部图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；中央处理器，用于将所述头部面部图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述被采集对象的3D 四维头部面部数据。

优选地，还包括：设置在所述弧形承载结构上的显示器，所述显示器与所述数据处理组件连接；在所述数据处理组件构建得到头部面部的3D模型后，在所述显示器上通过可视化方式显示头部面部3D数据；或者在所述数据处理组件构建得到具有时间维度的头部面部的3D模型后，在所述显示器上通过可视化方式显示头部面部四维数据。

本发明的有益效果：

一种头部面部3D四维数据采集装置，包括检测组件，用于根据人体特征信息及头部面部方向信息确定头部面部位置坐标；图像信息收集组件，用于获取所述被采集对象的头部面部图像数据，并将所述头部面部图像数据传输至数据处理组件；支撑架，用于安装所述图像信息收集组件；数据处理组件，其信息输入端连接所述图像信息收集组件的信息输出端，用于接收所述图像信息收集组件传输的头部面部图像数据，对所述头部面部图像数据进行处理和计算，生成所述被采集对象的3D四维头部面部数据。本发明与传统技术相比，结合数字图像处理技术、人工智能控制技术，提供一种操作简单、速度快、精度高的头部面部3D四维数据采集装置。

附图说明

图1为本发明所提供的数据采集装置第一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本发明实施例中的装置示意图。

图3图1所示具体实施例的工作流程图。

图4为本发明所提供的数据采集装置第二种具体实施方式的结构示意图。

图5为图4所示3D四维数据采集装置的工作原理图；

图6为本发明所提供的数据采集装置第三种具体实施方式的结构示意图；

图7为本发明所提供的数据采集装置第四种具体实施方式的结构示意图。

附图标记

底座100、座椅200、支撑架300、显示器400、承载结构500、图像信息收集组件600和补光灯700。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

需要说明的是：本发明中的3D四维数据是指三维空间数据结合时间维度数据所形成的数据，三维空间结合时间维度是指：多张相同时间间隔或不同时间间隔、不同角度、不同方位或不同状态等情况的图像或影像形成的数据集合。

实施例1

图1为本发明所提供的数据采集装置第一种具体实施方式的结构示意图；图2是本发明实施例中的装置示意图；图3是图1所示具体实施例的工作流程图。

如图1所示，图1为本发明第一种具体实施方式所提供的头部面部信息采集装置，该装置包括：底座100、座椅200、支撑架300、显示器400、承载结构500、图像信息收集组件600、补光灯700，座椅200与底座100 连接，支撑架300连接底座100与环形承载结构500，显示器400位于环形承载结构500外侧，显示器400与环形承载结构500和支撑架300连接，补光灯控制模块600、补光灯700固定在承载结构500上。

图1中，图像信息收集组件600具体为可见光相机组成的相机矩阵。

如图3所示，一种头部面部3D四维数据采集装置的工作流程是：

步骤1)参数设置：启动装置，设置相机参数，检测组件与图像信息收集组件的通信模块连接，并接收反馈信息。

步骤2)数据采集：数据处理组件控制相机拍照，采集数据，测组件与图像信息收集组件的通信模块连接，控制相机拍照，并接收反馈信息。

步骤3)数据传输：传输图像信息收集组件采集的图像数据。

步骤4)数据格式转换：接收影像数据，并进行解码，生成JPG格式数据和视频格式数据。

步骤5)引导显示：数据处理组件的一个输出端与引导显示屏400连接，传输视频信号到引导显示屏400并显示。

步骤6)人脸定位识别：进行人脸定位识别，进而通过座椅控制模块控制座椅。

步骤7)座椅控制：座椅中PLC模块与座椅控制模块连接接收控制命令，通过电机模块控制座椅升降。

步骤8)数据有效性判断：若数据无效，重复操作步骤2)3)4)5)6) 7)，若数据有效进入下一步。

步骤9)多焦点图像数据转换：图像数据格式转换模块对光场数据进行多焦点采样并转换为JPG数据格式。

步骤10)图像数据融合：对多张JPG数据进行处理，融合成一张JPG 格式数据。

步骤11)生成点云：对多张JPG数据进行处理，生成点云数据。

步骤12)点云标定：对点云信息进行处理，生成尺寸数据。

步骤13)三维模型合成：对标定后的点云数据进行处理，生成三维模型。

步骤14)三维模型渲染：对三维模型数据渲染。

步骤15)三维模型显示：显示屏显示三维模型。

本发明的工作原理，本发明针对传统相机拍照只有一个焦平面，焦平面前后数据模糊，距离焦平面越远画面越模糊，且拍摄前要先对焦，即使对焦清晰对于具有一定景深的物体也无法拍到前后景深都清晰的图像，在 3D数据合成中无法提取到模糊数据的特征点，导致合成效果差甚至合成失败的情况。

如果是相机矩阵，支撑架300包括设有弧形承载结构500的支撑结构，可以将多台可见光相机布置在弧形承载结构500上，可以均匀分布，也可以非均匀分布，能从多角度同时取得头部面部信息即可。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的图像信息采集组件600还包括补光灯700，该补光灯700与所述支撑架300固定连接。当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用补光灯补光，以提高头部面部数据精度。

在一种具体的实施方式中，图像信息收集组件600还可以是深度红外相机、激光、光栅，或光场相机中一种或多种。当图像信息收集组件600 为深度红外相机、激光、光栅，或光场相机中一种或多种时，可以在支撑架上设计滑轨，图像信息收集组件600可以沿滑轨绕头部面部滑动半周以上。

请参考图6和图7，图6为本发明所提供的数据采集装置第三种具体实施方式的结构示意图；图7为本发明所提供的数据采集装置第四种具体实施方式的结构示意图。图6中图像信息收集组件600具体为激光，图7中图像信息收集组件600具体为光场相机。

如图所示，当图像信息收集组件为多台可见光相机形成的相机矩阵，所述支撑架包括设有弧形承载结构500的支撑结构，形成所述相机矩阵的多台可见光相机布置在所述弧形承载结构上。其中，弧形承载结构形成U 字形，所述检测组件设于U字形的弯弧处，以便采集时与被采集者的面部位置对应。

在一种具体的实施方式中，本发明所提供的数据采集装置包括与所述检测组件信息输出端连接的座椅200，所述数据处理组件包括：驱动器用于基于头部面部位置坐标驱动所述座椅200上升或下降；当生物位于所述座椅200上时，所述图像信息收集组件对头部面部信息进行采集。以人为例，人的身高各有不同，当人的头部面部所在位置与图像信息收集组件镜头所在位置不在一个平面时，可根据检测组件的信息，控制座椅200的高度，使图像信息收集组件镜头恰好在头部面部，以提高采集装置的适用性，提升用户的体验感。

在上述实施例中，当获取到被采集对象的完整的头部面部图像数据后，则可由数据处理组件对头部面部图像数据进行处理和计算，生成被采集对象的3D四维头部面部数据。

在本发明另一优选实施例中，数据处理组件还可以包括：显示器400；数据处理组件还用于将3D四维头部面部数据发送至显示器400显示。

请参考图4，图4为本发明所提供的数据采集装置第二种具体实施方式的结构示意图，图4中图像信息收集组件600具体为红外深度相机。

在图4所示的3D四维头部面部数据采集采集装置中，图像信息收集组件包括深度红外相机、变焦彩色相机，深度红外相机、变焦彩色相机均可固定设置在支撑架500上。数据处理组件，包括图像处理器，中央处理器以及驱动器。中央处理模块，深度红外相机，变焦彩色相机，灯光模组，相机旋转机构，人体感应测量模块，相机数据传输模块，显示介面，操作介面，底座，座椅200。

本发明围绕深度红外相机的头部面部立体三维重建的实时性，高精度，高效性，采用一种深度红外相机和变焦彩色相机的结合方式，实时融合高分辨率的深度图像及高分辨率的彩色图像，自动检测到人体和测量人体高度，自动识别人脸，通过座椅200快速调整人的高度和坐姿，并扫描实现全自动化的头部面部3D数据采集装置。

在工作过程中，人体感应测试模块固定在底座结构上，显示介面和操作介面与底座结构连接，中央处理模块固定于底座内部，相机数据传输模块位于底座结构内部，底座结构与相机旋转机构连接，相机旋转机构连接变焦彩色相机，深度红外相机和灯光模组，相机旋转机构包括可调整角度相机固定架，转动装置，转动装置含伺服电机，配速箱，传动装置，变焦彩色相机，深度红外相机，灯光模组固定在可调整角度固定架上，可调整角度固定架固定在相机旋转机构上，中央处理模块的相机转动模块连接伺服电机，

调节座椅200固定于底座100，调节座椅200上下可调整高度和左右可旋转角度，调节座椅200包括水平转动伺服电机，垂直升降伺服电机，水平配速箱，水平转动齿轮，垂直升降传动齿轮螺杆，人体体重感应器，其中中央处理模块的座椅控制模块连接调节座椅200，

其中中央处理模块包括图像品质处理芯片，红外测距处理芯片，点云生成单元，三维配准算法处理模块，3D数据合成模块，视频显示模块，微处理器控制模块，座椅200控制模块，相机转动控制模块，灯光控制模块。

请参考图5，图5为图4所示3D四维数据采集装置的工作原理图。

使用方法及步骤，如图5：

1)启动设置：启动后，在显示介面上输入装置相关参数，包括人的体重和身高，肤色设置，自动匹配灯光的色温及亮度参数，工作模式：自动工作模式和手动工作模式。

2)人体感应测量模块：根据人体感应测量模块，检测人是否到位，并测量人坐姿的高度值，变焦彩色相机自动检测人脸，判断人坐的角度值。

3)调节坐椅：根据人坐姿的现有高度值和角度值，调节坐椅自动调整到人脸适合彩色相机拍照和深度红外相机扫描的状态。

4)变焦彩色相机：根据人脸大小，相机镜头自动伸缩到合适视角和清晰度。

5)灯光模块：根据人脸的肤色和环境光，灯光自动调整亮度和色温，变焦彩色相机和深度红外相机达到高清晰和高对比度的图片。

6)深度红外相机：人的坐姿达到合适位置和灯光匹配调整后，深度红外相机在人脸一侧位置开始收集深度距离信息。

7)相机旋转机构：从人脸的一侧位置开始工作后，相机旋转

机构以固定速度转，动并同时传输相机图片和深度测距数据到

中央处理模块的图像品质处理芯片和深度测距处理芯片。

8)点云生成模块：深度红外的数据到中央处理模块的点云生产模块，生产3D点云信息。

9)三维配准算法模块：变焦彩色相机的高清图片结合点云的信息输入到三维配准算法模块，进行配准计算得到配准数据。

10)3D数据合成模块：配准数据到3D数据合成模块，生成3D数据模型。

11)视频显示模块：3D数据模型生成后，最终显示到显示介面上并通过操作介面操作3D数据。

检测装置获取被采集对象的特征信息以及方向信息，并基于上述信息通过检测组件确定头部面部位置，进而获取完整的头部面部图像数据，然后根据采集到的头部面部图像数据建立3D四维头部面部数据。以被采集对象的特征信息为基础，通过图像信息收集组件准确并完整获取被采集对象的头部面部图像数据，以进行人体生物特征的3D四维重建。本发明实施例可以在高效采集头部面部图像数据的同时提升了3D重建的效率。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (10)

1.一种头部面部3D四维数据采集装置，其特征在于，包括：

检测组件，用于根据被采集对象特征信息及头部面部方向信息确定头部面部位置坐标；

图像信息收集组件，用于获取所述被采集对象的头部面部图像数据，并将所述头部面部图像数据传输至数据处理组件；

支撑架，用于安装所述图像信息收集组件；

数据处理组件，其信息输入端连接所述图像信息收集组件的信息输出端，用于接收所述图像信息收集组件传输的头部面部图像数据，对所述头部面部图像数据进行处理和计算，生成所述被采集对象的3D四维头部面部数据。

2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，所述图像信息收集组件为多台可见光相机形成的相机矩阵，所述支撑架包括设有弧形承载结构的支撑结构，所述多台可见光相机布置在所述弧形承载结构上。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于，所述弧形承载结构形成U字形，所述检测组件设于U字形的弯弧处，以便采集时与被采集者的面部位置对应。

4.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，所述图像信息收集组件为光场相机、激光、光栅中的一种或多种，所述支撑架上设有滑轨，所述图像信息收集组件可沿所述滑轨绕头部面部滑动半周以上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的采集装置，其特征在于，还包括：

补光灯，用于获取当前环境的亮度，当根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用补光灯补光，所述补光灯与所述支撑架固定连接。

6.根据权利要求5所述的采集装置，其特征在于，所述补光灯为带状补光灯，沿所述头部面部周向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，所述图像信息收集组件包括深度红外相机和变焦彩色相机，所述支撑架上设有相机放置机构，所述检测组件包括人体感应测量模块。

8.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，还包括与所述检测组件信息输出端连接的座椅，所述数据处理组件包括驱动器，该驱动器用于基于所述头部面部位置坐标驱动所述座椅上升或下降。

9.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，所述数据处理组件还包括：

图像处理器，用于对所述头部面部图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；

中央处理器，用于将所述头部面部图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述被采集对象的3D四维头部面部数据。

10.根据权利要求9所述的采集装置，其特征在于，还包括：

设置在所述弧形承载结构上的显示器，所述显示器与所述数据处理组件连接；在所述数据处理组件构建得到头部面部的3D模型后，在所述显示器上通过可视化方式显示头部面部3D数据；或者在所述数据处理组件构建得到具有时间维度的头部面部的3D模型后，在所述显示器上通过可视化方式显示头部面部四维数据。