基于特定网格图案的三维脚型测量和建模的方法

                      具体实施方式

本发明的硬件部分由6到8个数码相机或摄像机和一台计算机组成，并固定在一个半径约为80厘米的圆形平台上，每个数码相机(或摄像机)通过USB数据传输接口和计算机相联接，所采集到的数码图像由运行在计算机上的软件系统进行立体视觉计算和处理，并最终建构出三维脚型模型。

本发明测量和建模的具体步骤：

1)数码相机或者摄像机的定标，通过对三维空间信息已知的物体进行拍摄，然后根据他们在采集到的二维图像中的像素坐标位置，估计出数码相机或者摄像机的内外参数，包括焦距、两个相机之间的相对空间位置和相对的朝向角度；

2)网格角点的侦测，自动或者半自动地找出从各个数码相机或者摄像机输入图像中的所有角点的像素坐标位置；

3)网格角点的匹配，自动或者半自动地找出输入的两幅图像中的角点之间的对应关系，即一幅图像中的角点对应于另一幅图像中的哪一个角点；

4)根据光学几何成像原理和相机的内外参数，计算出各个角点的三维位置；

5)根据三维角点位置，并和人的标准脚模型相结合，拟合出人脚的三维网格；

6)根据该三维网格，通过变形方法，建立脚型的三维模型，并计算出脚型的参数，包括脚长、脚宽、外怀骨中心下沿点高度1、后跟突度点高度2、舟上弯点高度3、前跗骨突点高度4、第一跖趾关节高度5、脚拇指高度6以及跖围7、跗围8、兜围9和脚腕围10的围长。

如图1所示，其中，图1(c)为袜子A图案，图1(a)为袜子A图案穿在脚上后的图案示意图；图1(d)为袜子B图案，图1(b)为袜子B图案穿在脚上后的图案示意图。

如图2所示，其中，图2(a)中用方框标示的交叉点为图1(a)和(c)所示的网格图案A的角点。图2(b)中用方框标示的交叉点为图1(b)和(d)所示的网格图案B的角点。

如图3所示，其中，图3(a)中的“1”所标示的为外怀骨中心下沿点高度；“2”为后跟突度点高度；“3”为舟上弯点高度；“4”为前跗骨突点高度；“5”为第一跖趾关节高度；“6”为脚的拇指高度。

图3(b)中的“7”所标示的为跖围，脚跖围指的是通过脚的第一跖趾关节和第五跖趾关节所测量的围长。也叫做跖趾围长；“8”所标示的为跗围，脚跗围指的是通过前跗骨突点和第五跖骨粗隆点所测的围长；“9”所标示的为兜围，脚兜围指的是通过脚后跟和舟上弯点所测的围长；“10”所标示的为脚腕围，指的是通过脚腕最细处所侧的围长。

如图4所示，为本发明的相机的位置配置关系的示意图，在测量时，人脚放在圆盘的中心区域，8个相机在其四周排列，并确保待测量的人脚上的袜子的各个角点至少被两个相机(摄像机)拍摄到。

如图5所示，系统在准备阶段时，首先通过专用的、已知其三维空间位置的图案，进行相机或摄像机的定标和校准，估计出他们的参数。待测量的脚型在准备阶段时，首先穿上特定图中所示的袜子，放置在圆盘的中心区域，然后通过遥控器或线控器，控制6-8个相机(摄像机)一次性性地从各个角度拍摄，并通过USB接口传输到计算机内，然后启动软件系统，把采集到所有图像加载到内存中，并在每幅图像中找出角点，并连接成二维网格。

在系统自动匹配角点的基础上，由用户交互地纠正错误的匹配，并补上漏缺的匹配关系。此时，软件系统启动立体视觉模块，根据校准好的相机或摄像机的参数，以及匹配好的角点对应关系，计算出各个角点的三维位置，并根据其在二维图像上的网格连接关系，形成三维的网格。

最后，系统根据三维的网格，对系统中的标准脚型进行变形，生成特定的待测量的人脚的三维模型，并通过用户的交互在该三维模型选取脚型的特征点，然后，系统自动根据该三维模型，计算出脚型参数，包括脚长、脚宽、外怀骨中心下沿点高度、后跟突度点高度、舟上弯点高度、前跗骨突点高度、第一跖趾关节高度、脚拇指高度以及跖围、跗围、兜围和脚腕围的围长。