3D头皮扫描仪的制作方法

3d头皮扫描仪
技术领域
1.本实用新型涉及一种扫描仪，具体涉及3d头皮扫描仪及其扫描方法。


背景技术：

2.随着计算机硬软件技术和图像处理技术的高速发展，3d模型开始应用到各行各业当中。在人体3d建模时，通常通过3d人体扫描仪扫描人体而生成人体扫描模型。尤其是在植发手术或其他头部前，需要对用户的头皮情况进行专业检查，目前绝大多数都是人工手持扫描仪进行检测，无法针对性地对用户整个头皮部位进行精确分析并建模，从而影响手术质量，无法针对性地实施手术方案。
3.因此，亟待一种能够快速且精确地分析头皮情况，并能够生成精确模型的3d头皮扫描仪。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种3d头皮扫描仪。
5.为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用了以下技术方案：3d头皮扫描仪包括主体、设于该主体顶端一侧的悬臂支架、用于驱动该悬臂支架旋转的驱动器及与该主体活动连接的头部支撑器；
6.主体上设有控制端；
7.悬臂支架上设有扇形轨道，该扇形轨道均匀间隔设有多个3d摄像模组，每个3d摄像模组与控制端通信连接，且每个3d摄像模组包括rgb摄像头、3d结构光摄像头以及设于rgb摄像头和3d结构光摄像头周围的多个补光灯，均朝向朝向用户头部方向设置；
8.驱动器与该悬臂支架连接主体的一端驱动连接，并能够以用户头部中心高度的水平线为轴驱动悬臂支架绕用户头部旋转；
9.悬臂支架在驱动器驱动下能够从用户正脸处至用户后脑勺处范围内来回旋转，以使得能够完全扫描用户的头皮部位；
10.头部支撑器用于支撑用户下巴，以供3d摄像模组扫描。
11.进一步地，相邻3d摄像模组之间夹角为25度～45度。如此，保证就算只取每张图像的中间图像，也能够完整地拼接成用户的头皮模型，且30度是本技术的较优间隔，比25度更小的角度检测效果毫无提升，且成本和计算量还显著提高，比45度更大的角度无法保证能够完整地拼接成用户的头皮模型。
12.进一步地，头部支撑器包括与主体旋转连接的转臂、设于该转臂远离主体一端的支撑平台及设于支撑平台顶部的下巴托，转臂以转臂和主体的连接点为原点，能够在水平面转动。此设置，使得头部支撑器不会阻挡人脸，且最高处的下巴托也是在头部的下巴下方，因此头部支撑器不会影响3d摄像模组扫描。
13.进一步地，支撑平台上设有两个握把，该握把位于远离下巴托的一端，以使得用户
在扫描时能够双手握住对应的握把。此设置，使得用户在检测时有更多的安全感，一般人在双手握持时能够更好地保证头部不会晃动，而如果双手没有握持对象就没有安全感，会导致头部不经意的晃动，如此能够防止用户检测时乱动头部导致最终建模不准确的问题。
14.进一步地，转臂能够沿主体高度方向上下运动。
15.进一步地，还包括升降椅，该升降椅的靠背高度低于用户的头部。此设置，通过两种途径都能够调节高度，适合不同身高的用户。
16.进一步地，3d摄像模组的数量为五个，两个相邻3d摄像模组之间的夹角为30度。
17.进一步地，悬臂支架的旋转范围为0～180度，并分为七个拍摄角度，相邻两个拍摄角度的夹角为30度。
18.工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，本技术只需要用户的坐在指定位置，下巴靠在头部支撑器上，然后通过控制端操控启动驱动器驱动悬臂支架旋转，完成多次拍摄后即可拼接形成精确的人头3d模型，利用rgb摄像头和3d结构光摄像头周围的多个补光灯配合，可看清头皮毛孔中的头发，时间极短，几十秒即可完成，极大地降低了检查时间，也显著提升了检查质量，给予后期手术操作有力的支持；
19.2、与现有技术相比，本技术的多个3d摄像模组都朝向人头部设置，如此能够看清头皮毛孔中的头发，因为需要看清头皮毛孔中的头发，拍照视角必须尽量俯视，特别是太阳穴这种曲率大的区域，因此本技术的每个摄像头可只取中间图像，保证视角尽量俯视；
20.3、头部支撑器在用户检测完毕后可以转动移开，不阻碍用户起身离开，用户体验好。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构示意图；
22.图2是本实用新型的具体操作示意图；
23.图3是悬臂支架位于p1点的示意图；
24.图4是悬臂支架位于p2点的示意图；
25.图5是悬臂支架位于p3点的示意图；
26.图6是悬臂支架位于p5点的示意图；
27.图7是悬臂支架位于p6点的示意图。
28.图中，a、主体；b、控制端；c、悬臂支架；d、扇形轨道；e、驱动器；f、头部支撑器；g、底板；h、升降椅；f1、下巴托；f2、握把；f3、支撑平台；f4、转臂；d1-d5、摄像模组；d6、rgb摄像头；d7、补光灯；d8、3d结构光摄像头。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置
关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
31.实施例1，
32.如图1所示，本3d头皮扫描仪包括主体a、设于该主体a顶端一侧的悬臂支架c、用于驱动该悬臂支架c旋转的驱动器e及与该主体a活动连接的头部支撑器f。
33.具体地，主体a上设有控制端b，该控制端b为常见的计算机，能够处理数据生成人头3d模型，且在本实施例中，控制端b为嵌入在主体a侧面上的触屏电脑，不仅能够本地计算也能够云端或者连接其他电脑计算生成人头3d模型，而且主体a的底部还设有底座，可使得主体a更加稳定。
34.具体地，悬臂支架c上设有扇形轨道d，该扇形轨道d均匀间隔设有多个3d摄像模组d1-d5，每个3d摄像模组d1-d5均朝向用户头部方向设置并与控制端b通信连接(可以是无线连接或有线连接，这里不做限定)，以实现对扇形轨道d针对的用户头部进行全方位扫描。
35.其中，悬臂支架c通过转轴安装在主体a一侧，并通过常见的链条或齿轮或同步带与驱动器e驱动连接。
36.其中，每个3d摄像模组d1-d5包括rgb摄像头d6、3d结构光摄像头d8以及设于rgb摄像头d6和3d结构光摄像头d8周围的多个补光灯d7，均朝向朝向用户头部方向设置，主要是为了能够保证每个摄像头的中心线都能够对准用户的头顶中心位置，如此如此能够看清头皮毛孔中的头发，因为需要看清头皮毛孔中的头发，拍照视角必须尽量俯视，特别是太阳穴这种曲率大的区域，因此本技术的每个摄像头可只取中间图像，保证视角尽量俯视。利用rgb摄像头d6和3d结构光摄像头d8周围的多个补光灯d7配合，可看清头皮毛孔中的头发，具体的原理为现有技术，在我司在先授权专利中也有用到采用该3d摄像模组d1-d5生成人脸3d模型，因此不存在无法实施的问题。
37.其中，相邻3d摄像模组d1-d5之间夹角为25度～45度。如此，保证就算只取每张图像的中间图像，也能够完整地拼接成用户的头皮模型，且30度是本技术的较优间隔，比25度更小的角度检测效果毫无提升，且成本和计算量还显著提高，比45度更大的角度无法保证能够完整地拼接成用户的头皮模型。
38.具体地，驱动器e与该悬臂支架c连接主体a的一端驱动连接，并能够以用户头部中心高度的水平线为轴驱动悬臂支架c绕用户头部旋转。在本实施例中，驱动器e为常见的伺服减速电机，通过常见的链条或齿轮或同步带与悬臂支架c驱动连接，可通过电机自带的软件来设定每次拍摄的间隔角度，实现悬臂支架c的精准定位，控制方便，操作简单。如此，使得悬臂支架c在驱动器e驱动下能够从用户正脸处至用户后脑勺处范围内(经过头顶)来回旋转，以使得能够完全扫描用户的头皮部位。限定了悬臂支架c的旋转范围，其他范围对于扫描头皮来讲毫无疑义，因此只需要这个范围内的图像即可，可显著降低扫描时间。
39.优选地，每次悬臂支架c旋转30度拍摄一次，相当于一共需要拍摄7次，才能完成180度范围的拍摄。
40.优选地，每次悬臂支架c旋转30度拍摄一次，相当于一共需要拍摄7次，才能完成180度范围的拍摄。虽然扫描角度在1度到45度都可以，但1度太慢，45度毛孔成像精度欠佳，综合速度和摄像头布局是30度，所以扫描间隔也是30度。
41.具体地，头部支撑器f用于支撑用户下巴，以供3d摄像模组d1-d5扫描。其中，头部支撑器f包括与主体a旋转连接的转臂f4、设于该转臂f4远离主体a一端的支撑平台f3及设于支撑平台f3顶部的下巴托f1，转臂f4以转臂f4和主体a的连接点为原点，能够在水平面转动。使得头部支撑器f不会阻挡人脸，且最高处的下巴托f1也是在头部的下巴下方，因此头部支撑器f不会影响3d摄像模组d1-d5扫描。
42.优选地，支撑平台f3上设有两个握把f2，该握把f2位于远离下巴托f1的一端，以使得用户在扫描时能够双手握住对应的握把f2。使得用户在检测时有更多的安全感，一般人在双手握持时能够更好地保证头部不会晃动，而如果双手没有握持对象就没有安全感，会导致头部不经意的晃动，如此能够防止用户检测时乱动头部导致最终建模不准确的问题。
43.优选地，为了适用于不同身高的用户，转臂f4能够沿主体a高度方向上下运动和/或还包括升降椅h，该升降椅h的靠背高度低于用户的头部。通过两种途径都能够调节高度，适合不同身高的用户。
44.其中升降椅h为家具领域常见的产品，这里不再对其进行赘述。
45.在本实施例中，作为优选地，如图1所示，3d摄像模组d1-d5的数量为五个(d1、d2、d3、d4及d5)，两个3d摄像模组d1-d5之间的间隔为30度。
46.实施例2，
47.应用于实施例1的3d头皮扫描仪的扫描方法，包括以下步骤：
48.初始化悬臂支架c，以第一位置为初始点调整悬臂支架c；
49.待用户调整好位置后，启动拍摄；
50.驱动器e驱动悬臂支架c旋转，每旋转设定角度拍摄多张rgb图像和同样数量的3d点云图，直至完全拍摄用户的头皮部位。
51.在本实施例中，实际操作情况如下：
52.请参阅图2，悬臂支架c进行位置初始化定位，定位于p4点(第一位置)，被摄者坐于升降椅h，头部支撑器f由p8点移到p9点，调整升降椅h的高度，使被摄者头部靠在头部支撑器f的下巴拖f1上，双手握在握把f2上，保持头部不动，启动拍摄，悬臂支架c由p4点旋转到p1点(见图3)，5个摄像头模组d1-d5同时拍摄得到5张rgb照片p1r1-p1r5和5张3d点云图p1d1-p1d5，悬臂支架c依次旋转到p2(见图4)，p3(见图5)，p4(见图2或图1)，p5(见图6)，p6(见图7)，p7点并拍摄对应的rgb照片(p2r1-p2r5，p3r1-p3r5，p4r1-p4r5，p5r1-p5r5，p6r1-p6r5，p7r1-p7r5)和3d点云图(p2d1-p2d5，p3d1-p3d5，p4d1-p4d5，p5d1-p5d5，p6d1-p6d5，p7d1-p7d5)，悬臂支架c旋转到p4点并结束拍摄，头部支撑器f由p9点移到p8点，调整升降椅h高度，被摄者离开。
53.其中，由于p4点位于被测人顶部，被测人进来站起坐下离开时不容易撞到，更加安全。
54.具体地，还包括人头3d模型建模方法，该人头3d模型建模方法包括以下步骤：
55.将每次拍摄的点云图按照先配准第一张点云图和第二张点云图得到配准图，再将配准图与第三张点云图配准得到新的配准图，直至最后一张点云图配准完成，得到每次拍摄的最终配准图；
56.将最终配准图贴在对应的rgb图像上得到每次拍摄的扇形模型；
57.将第一个扇形模型与第二个扇形模型配准得到配准模型，再将配准模型与第三个
扇形模型配准得到新的配准模型，直至最后一个配准模型配准完成得到完整的人头3d模型。
58.在本实施例中，实际操作情况如下：
59.先将p1点的点云图p1d1与p1点的点云图p1d2配准得到配准图m1，再将配准图m1与p1点的点云图p1d3配准得到配准图m2，再将配准图m2与p1点的点云图p1d4配准得到配准图m3，再将配准图m3与p1点的点云图p1d5配准得到配准图m，再将p1点的rgb图p1r1-p1r5贴到配准图m上得到p1点位的扇形模型o1，
60.同样的p2点得到扇形模型o2，p3点得到扇形模型o3，p4点得到扇形模型o4，p5点得到扇形模型o5，p6点得到扇形模型o6，p7点得到扇形模型o7
61.先将扇形模型o1与扇形模型o2配准得到配准模型y1，再将配准模型y1与扇形模型o3配准得到配准模型y2，再将配准模型y2与扇形模型o4配准得到配准模型y3，再将配准模型y3与扇形模型o5配准得到配准模型y4，再将y4与扇形模型o6配准得到配准模型y5，再将配准模型y5与扇形模型o7配准得到配准模型y，配准模型y为完整的人头3d模型。
62.因为需要看清头皮毛孔中的头发，拍照视角必须尽量俯视，特别是太阳穴这种曲率大的区域，所以在常规d1，d3，d5摄像头的基础上额外增加d2和d4，每个摄像头只取中间图像，保证视角尽量俯视。
63.本实用新型未详述部分为现有技术，故本实用新型未对其进行详述。
64.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
65.尽管本文较多地使用了主体a、控制端b、悬臂支架c、扇形轨道d、驱动器e、头部支撑器f、底板g、升降椅h、下巴托f1、握把f2、支撑平台f3、转臂f4、rgb摄像头d6、补光灯d7、3d结构光摄像头d8等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
66.本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。