三维扫描平台、系统及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110192692 A(43)申请公布日 2019.09.03

(21)申请号 201910588460.3(22)申请日 2019.07.02

(71)申请人 先临三维科技股份有限公司

地址 310000 浙江省杭州市萧山区闻堰街

道湘滨路1398号(72)发明人 汪日超　蒋建福　

(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务

所(特殊普通合伙) 11463

代理人 肖丽(51)Int.Cl.

A43D 1/02(2006.01)G01B 11/24(2006.01)G01S 17/(2006.01)

权利要求书2页 说明书6页 附图3页

()发明名称

三维扫描平台、系统及方法(57)摘要

本发明涉及三维数据扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描平台、系统及方法。所述三维扫描平台包括用于摆放待测目标物的承重透光板，设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的反光镜，以及设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的至少一个正面反光标志点和至少一个反面反光标志点，所述正面反光标志点的反光面朝向所述待测目标物摆放一侧，所述反面反光标志点的反光面朝向远离所述待测目标物摆放一侧。本发明涉及的三维扫描系统能够生成精确完整的待测目标物三维模型，使待测目标物数据采集过程变得容易，采集数据变得精准；并且结构简单，造价低廉，重量轻，易搬运携带，使用灵活方便，维修成本低，适用于多种空间尺寸场景。

CN 110192692 ACN 110192692 A

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1.一种三维扫描平台，其特征在于，包括用于摆放待测目标物的承重透光板，设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的反光镜，以及设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的至少一个正面反光标志点和至少一个反面反光标志点，所述正面反光标志点的反光面朝向所述待测目标物摆放一侧，所述反面反光标志点的反光面朝向远离所述待测目标物摆放一侧。

2.根据权利要求1所述的三维扫描平台，其特征在于，所述正面反光标志点和反面反光标志点间隔交替设置，共同围成待测目标物测量区。

3.根据权利要求2所述的三维扫描平台，其特征在于，所述待测目标物测量区为足型测量区；

所述足型测量区为双脚测量区。

4.根据权利要求1所述的三维扫描平台，其特征在于，所述三维扫描平台的承重透光板和反光镜之间设计为密闭形式。

5.根据权利要求1所述的三维扫描平台，其特征在于，所述三维扫描平台还包括用于支撑承重透光板和反光镜的支撑架。

6.根据权利要求5所述的三维扫描平台，其特征在于，所述支撑架顶部具有容置承重透光板的开口，所述开口处设有台阶，所述承重透光板放置在所述台阶上；所述支撑架底部具有容置反光结构的凹陷。

7.根据权利要求5所述的三维扫描平台，其特征在于，所述支撑架为一体成型支撑架或分体组装式支撑架。

8.根据权利要求7所述的三维扫描平台，其特征在于，所述分体组装式支撑架包括上支架和下支架，以及连接所述上支架与所述下支架的支架连接件。

9.根据权利要求8所述的三维扫描平台，其特征在于，所述支架连接件为密封板，或者立柱与密封板的组合。

10.根据权利要求9所述的三维扫描平台，其特征在于，所述上支架的下表面边缘、下支架的上表面边缘、立柱的侧边均设有条状凹槽，用于卡接所述密封板。

11.根据权利要求10所述的三维扫描平台，其特征在于，所述扫描平台的承重透光板的承载面为方形，所述立柱下端固定于所述下支架上表面的四个角上，所述立柱上端固定于所述上支架下表面的四个角上。

12.根据权利要求5-11任意一项所述的三维扫描平台，其特征在于，还包括脚垫，所述脚垫粘接在所述支撑架的下表面上。

13.一种三维扫描系统，其特征在于，包括权利要求1-12任意一项所述的三维扫描平台、信号收发装置以及数据处理装置，所述信号收发装置用于向承重透光板上的待测目标物发射光信号并采集从待测目标物反射的光信号，所述数据处理装置用于矫正、拼接三维图像数据；

优选地，所述三维扫描平台与信号收发装置设置。14.一种三维扫描方法，其特征在于，用于如权利要求1-12所述的三维扫描平台，所述方法包括：

向承重透光板上的待测目标物发射光信号；采集从待测目标物反射的光信号；

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利用采集到的光信号转化为模型数据并拼接生成三维模型。15.一种三维模型图像拼接方法，其特征在于：所述方法包括：

通过使用如权利要求1-12所述的三维扫描平台获取待拼接三维图像；利用所述正面反光标志点和反面反光标志点组成的标志点空间坐标系，确定所述待拼接图像中的图像特征点的位置对应关系；

根据标志点匹配对应关系对图像进行调节、拼接、融合，最终形成完整三维模型。

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三维扫描平台、系统及方法

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技术领域

[0001]本发明涉及三维数据扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描平台、系统及方法。背景技术

[0002]随着社会经济的发展和人们消费水平的提高，人们对穿着的个性化定制需求日益显著。尤其随着运动健康观念的日渐普及，人们对长时间穿在脚上的鞋的舒适性的要求更是越来越高。为了能够制造出合脚的鞋，需要对人脚进行精确的测量。但传统测量往往采用人工测量，缺乏对足部形态的整体特征信息的描述，并且过于依赖测量人员的个人经验和技术水平，存在劳动强度大、效率低、精确差、成本过高等缺陷，制约着个性化定制鞋产业的发展。

[0003]随着测量技术的发展，出现了利用扫描技术、拍照合成技术等技术手段的足部三维扫描仪，其所测量数据的精确性和完整度显著提高。但是现有技术的足部三维扫描仪还存在以下缺陷：1.需设置多个不同方位角度的扫描头以获取整体的足部数据，零部件较多，仪器制造成本高，结构复杂；2.扫描仪的扫描头直接连接在扫描平台上，整个扫描仪的结构复杂，体积大，重量大，搬运使用很不方便，维修成本高；3.扫描平台整体为开放式结构，导致扫描仪在潮湿和灰尘的情况下工作时，其扫描效率和精度不高，减少仪器寿命；4.扫描所获取的足部三维数据的后期三维模型图像拼接过程十分繁琐，仅能依靠脚形特征来完成拼接，效率很低，且精度不高，用户体验较差。发明内容

[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维扫描平台、系统及方法，以改善上述问题。

[0005]本发明提供一种三维扫描平台，所述三维扫描平台包括用于摆放待测目标物的承重透光板，设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的反光镜，以及设置在所述承重透光板远离待测目标物摆放一侧的至少一个正面反光标志点和至少一个反面反光标志点，所述正面反光标志点的反光面朝向所述待测目标物摆放一侧，所述反面反光标志点的反光面朝向远离所述待测目标物摆放一侧。[0006]在进行正面扫描的时候，反面反光标志点不反光不能获取图像，通过在承重透光板上设置正面反光标志点，正面反光标志点可以反光获取到图像，此时可采集获得脚外侧三维数据。

[0007]在进行反面扫描的时候，需扫描的是反光镜里的图像，此时正面反光标志点不反光不能获取图像，通过在承重透光板上设置反面反光标志点，反面反光标志点可以反光获取到图像，此时反面反光标志点与反光镜可协同采集获得脚底三维数据。[0008]在三维扫描测量过程中，通常不能在同一坐标系下将产品的几何数据一次测出，因而必须进行坐标归一化，这一过程称为测量数据的重定位，也就是三维数据拼接。在拼接算法中，通过找到标志点的正确匹配，才可以确保拼接的准确性。在进行三维数据拼接构建

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过程中，本发明所述正面反光标志点和反面反光标志点能够形成标志点空间坐标系，该坐标系旨在利用不同空间平面对应特征标志点匹配，实现正面扫描数据与反面扫描数据的拼接，最终形成完整的三维模型。极大程度地简化了三维模型的拼接过程，并且使拼接结果更加精确。

[0009]优选地，所述正面反光标志点和反面反光标志点均粘贴固定在所述承重透光板的内平面上。

[0010]优选地，所述正面反光标志点和所述反面反光标志点间隔交替设置，共同围成待测目标物测量区。[0011]优选地，所述待测目标物为足部。[0012]优选地，所待测目标物测量区为足型测量区。[0013]更优选地，所述足型测量区为双脚测量区。

[0014]根据所述承重透光板的实际尺寸设置适当数量的正面反光标志点和反面反光标志点，更优选地，所述正面反光标志点为40-60个；所述反面反光标志点为50-60个。[0015]优选地，所述正面反光标志点和反面反光标志点的形状为圆形或者其他形状。[0016]更优选地，所述正面反光标志点和反面反光标志点为圆形涂层，内圈部分为反光材料，外圈为黑色油墨，内圈直径范围为3-15mm，外圈直径范围为10-25mm。[0017]更优选地，所述正面反光标志点和反面反光标志点为圆形涂层，所述正面反光标志点正面内圈部分为反光材料，外圈为黑色油墨，所述黑色油墨涂胶，内径3mm，外径10mm，所述正面反光标志点反面为3M底胶；所述反面反光标志点形状也为圆形涂层，所述反面反光标志点正面内圈部分为反光材料，外圈为黑色油墨，所述黑色油墨无胶，内径3mm，外径7mm，所述反面反光标志点反面为3M底胶。[0018]优选地，所述正面反光标志点和反面反光标志点通过转移膜转移固定到承重透光板内平面上。

[0019]通过设定测量区域，被测者能够准确地踩在测量区域内，省去了测量调整过程，减少了后期数据处理量，提高了扫描准确度；同时，被测者在测量区域内站定后，在脚不移动的情况下，就可以同时实现对脚外侧和脚底三维数据采集，避免了多次采集的数据误差，使测量的速度更快，准确度更高。双脚测量区的设置，可实现同时测量双脚的数据，进一步提高了扫描工作效率。[0020]优选地，所述反光镜与承重透光板平行。[0021]优选地，所述承重透光板的材质为钢化玻璃、亚克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等耐久性、透光率强的材料。

[0022]所述承重透光板既要具有一定的承重性，即能承受待测目标物的重量，还需要具有良好的透光性，使脚底图像能够在反光镜中清晰反射。[0023]优选地，所述三维扫描平台的承重透光板和反光镜之间设计为密闭形式。[0024]密闭结构的三维扫描平台环境适应性好，在潮湿和灰尘大的环境中工作时，可以防止水汽和灰尘进入扫描平台内部，确保扫描效率和精度，提高设备使用寿命。[0025]优选地，所述三维扫描平台还包括用于支撑承重透光板和反光镜的支撑架。[0026]更优选地，所述支撑架顶部具有容置承重透光板的开口，所述开口处设有台阶，所述承重透光板放置在所述台阶上；所述支撑架底部具有容置反光结构的凹陷。

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为了三维扫描平台更加美观，优选地，所述承重透光板上表面与支撑架上端面平

齐。

更优选地，所述承重透光板与支撑架固定连接处平面丝印黑色油墨。

[0029]为了采集获得反光镜里的足底图像，需使承重透光板与反光镜之间具有一定的间隔距离。通过设置支撑架可使承重透光板与反光镜之间隔开一定间隔距离，该间隔距离为40-50mm。

[0030]优选地，所述支撑架为一体成型支撑架或分体组装式支撑架。[0031]将支撑架设置为一体成型结构，可以减少三维扫描平台整体结构上的连接间隙，从而使三维扫描平台整体密封效果更佳；而将支撑架设置为分体式组装结构，有利于三维扫描平台的拆装，以及平台内部结构维护。[0032]优选地，所述分体组装式支撑架包括上支架和下支架，以及连接所述上支架与所述下支架的支架连接件。[0033]更优选地，所述支架连接件为密封板，或者立柱与密封板的组合。所述立柱可以起到加固支撑架的作用。[0034]更优选地，所述立柱均匀设置，数量为4个，与之组合使用的所述密封板包括第一密封板和第二密封板，所述第一密封板和第二密封板均相对设置。[0035]优选地，所述上支架下表面边缘、下支架上表面边缘、立柱侧边均设有条状凹槽，所述密封板卡接于所述条状凹槽内。[0036]优选地，所述支架连接件与上支架或下支架的固定连接方式还可以是粘接、螺钉连接等方式。

[0037]更优选地，各拼接零件的连接间隙均用硅橡胶进行密封处理。各拼接零件的连接间隙是指上支架、下支架与支架连接件的连接间隙，密封板与立柱间的连接间隙，承重透光板与支撑架的间隙。该密封处理进一步提高了三维扫描平台整体结构的防潮、防尘性能。[0038]优选地，所述三维扫描平台整体为方形，所述立柱下端固定于所述下支架上表面的四个角上，所述立柱上端固定于所述上支架下表面的四个角上。[0039]更优选地，所述立柱与上支架或下支架通过内六角螺钉连接。[0040]优选地，所述三维扫描平台整体还可以是圆形、椭圆形等多种形状。

[0041]不同形状的三维扫描平台可以根据实际空间尺寸条件以及现场环境适用于各种场景，使用灵活，节省空间。其中所述圆形、椭圆形等无锐利尖角的三维扫描平台还具有防止尖角误伤人的有益效果。[0042]优选地，所述三维扫描平台还包括脚垫，所述脚垫固定连接在所述支撑架的下表面上。

[0043]优选地，所述脚垫与所述下支架的固定连接方式可以是粘接、螺钉连接等多种连接方式。

[0044]更优选地，所述脚垫由硅橡胶模压而成，数量为4个。所述脚垫具有防滑效果。[0045]本发明还提供了一种三维扫描系统，所述三维扫描系统包括上述三维扫描平台，信号收发装置以及数据处理装置，所述信号收发装置用于向承重透光板上的待测目标物发射光信号并采集从待测目标物反射的光信号，所述数据处理装置可实现三维图像的矫正、拼接，所述三维扫描平台与信号收发装置之间不相互连接。

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优选地，所述信号收发装置为手持式扫描仪。

[0047]更优选地，所述手持式扫描仪为手持激光三维扫描仪。[0048]本发明还提供了一种三维模型扫描方法，所述三维模型扫描方法应用于上述三维扫描平台，所述方法包括：

[0049]向承重透光板上的待测目标物发射光信号；[0050]采集从待测目标物反射的光信号；[0051]利用采集到的光信号转化为数据并生成三维模型。[0052]本发明还提供了一种三维模型图像拼接方法，所述方法包括：[0053]通过使用上述三维扫描平台获取待拼接三维图像；[00]利用所述正面反光标志点和反面反光标志点组成的标志点空间坐标系，确定所述待拼接图像中的图像特征点的位置对应关系；

[0055]根据标志点匹配对应关系对图像进行调节、拼接、融合，最终形成完整三维模型。[0056]综上所述，本发明具有如下积极效果：

[0057]1.三维扫描平台与信号收发装置分开，结构简单，造价低廉，重量轻，易搬运携带，使用灵活方便，维修成本低，适用于多种空间尺寸场景；

[0058]2.三维扫描平台上的正面反光标志点和反面反光标志点能够形成标志点空间坐标系，利用不同空间平面对应特征标志点匹配，可实现正面扫描数据与反面扫描数据的拼接，极大程度地简化了三维模型的拼接过程，并且使拼接结果更加精确；[0059]3.扫描平台结构密闭，在潮湿和灰尘大的环境中工作时，可以防止水汽和灰尘进入扫描平台内部，不影响扫描效率和精度，提高仪器寿命；[0060]4.被测者能够准确地踩在测量区域内，省去了测量调整过程，减少了后期数据处理量，提高了扫描准确度；同时，被测者在测量区域内站定后，在脚不移动的情况下，就可以同时实现对脚外侧和脚底三维数据采集，避免了多次采集的数据误差，使测量的速度更快，准确度更高。

[0061]5.双脚测量区的设置，可实现同时测量双脚的数据，进一步提高了扫描工作效率。附图说明

[0062]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0063]图1是实施例1三维扫描平台的结构示意图；[00]图2是实施例1三维扫描平台的半剖视图；

[0065]图3是实施例1的承重透光板上反光标志点的主视图；[0066]图4是实施例1的承重透光板上反光标志点的后视图；[0067]图标：100-三维扫描平台，1-承重透光板，2-正面反光标志点，3-反面反光标志点，4-上支架，5-第一密封板，6-第二密封板，7-立柱，8-反光镜，9-下支架，10-脚垫，11-双面泡棉胶，12-硅橡胶，13-双脚测量区，14-黑色丝印区域。

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具体实施方式

[0068]下面通过具体实施方式，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述。[0069]实施例1

[0070]图1是实施例1三维扫描平台的结构示意图，如图1所示，本发明实施例1所述的三维扫描平台，包括承重透光板1，正面反光标志点2，反面反光标志点3，上支架4，第一密封板5，第二密封板6，立柱7，反光镜8，下支架9，脚垫10。[0071]所述上支架4设有台阶状凹槽，承重透光板1通过所述双面泡棉胶11固定在上支架4上的台阶状凹槽上，所述承重透光板材质可以为钢化玻璃、亚克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等，承重透光板1与上支架4的端面平齐，承重透光板1内平面四周丝印黑色油墨形成黑色丝印区域14，目的是遮盖住所述双面泡棉胶11。

[0072]反光镜8通过双面泡棉胶11固定在下支架9上的内平面下沉式凹陷内，生成脚底的镜像三维图像，扫描头可以扫描到脚底的镜像成像。所述反光镜8与承重透光板1相互平行，反光镜8与承重透光板1之间的垂直距离为47.5mm。进一步的，该距离还可以为45mm、46mm、48mm、49mm、50mm。[0073]进一步的，所述扫描平台整体还可以根据实际使用场景的需要，设计成圆形、椭圆形等多种形状。

[0074]本发明实施例1中的支架连接件是立柱和密封板的组合，所述4个立柱7均布在下支架9的四个外围直角上，通过内六角螺钉，将上支架4、立柱7和下支架9固定在一起。进一步的，所述4个立柱7还可以通过强力粘接、螺钉连接等方式和上支架4和下支架9相互固定连接。

[0075]所述下支架9上边缘、立柱7侧边和上支架4下边缘设有条状凹槽，第一密封板5和第二密封板6卡接于所述小凹槽内。第一密封板5、第二密封板6与台上支架4、立柱7和下支架9相互接触的周边区域，用硅橡胶12密封处理，如图2所示，起到防潮、防尘的作用。[0076]进一步的，支架连接件还可以仅由密封板组成。密封板与上支架4和下支架9之间可以采用卡接、强力粘接、螺钉连接等方式相互固定连接。[0077]进一步的，由上支架4，第一密封板5，第二密封板6，立柱7，下支架9组成的支撑架整体还可以是一体成型结构。

[0078]正面反光标志点2和反面反光标志点3粘贴在承重透光板1内平面上，在粘贴之前，正面反光标志点2和反面反光标志点3分别固定在两张转移膜上，并通过所述转移膜转移固定到承重透光板1内平面上。所述正面反光标志点2和反面反光标志点3间隔交错并均匀设置，共同围成双脚测量区13，所述正面反光标志点2为五十八个，所述反面反光标志点3为五十四个，如图3、图4所示。正面反光标志点2形状为圆形涂层，内径3mm，外径10mm，所述正面反光标志点2正面内圈部分为反光材料，外圈为黑色油墨，所述黑色油墨涂胶，所述正面反光标志点2反面为3M底胶。反面反光标志点3形状为圆形涂层，内径3mm，外径7mm，所述反面反光标志点3正面内圈部分为反光材料，外圈为黑色油墨，所述黑色油墨无胶，所述反面反光标志点3反面为3M底胶。

[0079]所述脚垫10通过3M双面纸胶固定在下支架9的外平面上，使整个平台保持水平稳定，并且脚垫是用硅橡胶模压而成，具有防滑的效果。

[0080]本发明实施例1的扫描系统包括上述三维扫描平台，手持式激光三维扫描仪以及

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说　明　书

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数据处理器。具体扫描方法如下，被测者足部置于承重透光板1上，测量人员手握手持式激光三维扫描仪，先通过围绕被测者足部旋转扫描，获取脚外侧三维数据；足底的图像通过反光呈现在反光镜中，测量人员再通过扫描反光镜中的图像，获取足底三维数据，即完成整个足部的扫描。

[0081]本发明实施例1的三维模型图像拼接方法如下，将所获取的足底三维图像进行翻转，根据正面反光标志点和反面反光标志点形成的标志点空间坐标系，利用不同空间平面对应特征标志点匹配，实现正面扫描数据与反面扫描数据的拼接、矫正和融合，最终形成完整的三维模型。

[0082]本发明不仅可用于足部的三维扫描，也可用于其他物体的三维扫描，只要将待测物体放在测量区，按照上述操作即可完成扫描。[0083]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构、系统组成、操作方法，但本发明并不局限于上述详细结构、系统组成、操作方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构、系统组成、操作方法才能实施。所述技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各部件、步骤的等效替换及辅助构件、步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

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图3

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图4

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