本實用新型屬于計算機三維人臉建模技術領域，特別涉及一種采用照相機圖像進行建模的三維面部掃描儀。

背景技術：

隨著電影產業(yè)的發(fā)展，電影特效的應用越來越廣泛，電影里的虛擬人物也越來越真實?，F(xiàn)在虛擬人物的制作方式主要包括計算機直接三維建模和三維掃描轉化為三維模型兩類。其中，計算機直接三維建模效率低，模型質量不穩(wěn)定；而采用三維掃描進行建模速度快，模型真實。

對于電影特效行業(yè)來說，采用三維掃描技術進行三維人臉建模是大勢所趨，但目前常用的三維掃描方式成本高，還存在其它不少問題。一種是采用激光三維掃描設備，基于激光三維掃描設備的人臉建模方法盡管能夠獲取豐富的幾何細節(jié)和細膩的紋理，但激光三維掃描設備昂貴，其掃描速度低下，無法快速獲取人面部數據；二是采用專用的深度相機或投射結構光的方法對三維立體的空間位置測量掃描的方法，但是采用這種方法的設備一般無法同時采集三維立體的多個側面的數據，掃描時間長，對活體掃描精度低。比如現(xiàn)有的“手持掃描器”，通常使用RGBD深度傳感相機，例如Artec EVA等。其缺點是需要幾分鐘的時間來掃描，掃描對象必須靜止不動，導致演員疲勞，影響掃描效果。三是基于拍攝相機圖像進行三維重構的方法，采用一張或多張不同角度的人臉圖像，利用拍攝相機與人臉在空間中的幾何位置關系對人臉三維模型進行重構。這種方法無需專用設備，使用簡便，現(xiàn)有技術中有一種矩陣式多相機系統(tǒng)，通?；?0至120臺數碼單反相機，安裝在專門搭建的框架上，配以多臺專業(yè)的電腦、大功率攝影燈，以及大量輔助線材，價格非常昂貴，并且設備配件眾多、操作工序復雜，在實際使用過程中，需要運輸、組裝、調試、拍照……耗費大量人力物力，非常不方便，同時也很大地降低了掃描精度。

目前，現(xiàn)在技術中還沒有適用于面部掃描的基于拍攝相機圖像進行三維重構的三維掃描設備。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的是提供一種三維面部掃描儀，實現(xiàn)了對人面部快速、高效、低成本的掃描，該三維面部掃描儀具有一體化的整體結構，無需組裝，方便運輸，使用方便，也很大地提高了掃描精度。

本實用新型的具體技術方案是一種三維面部掃描儀，包括殼體、底座、立柱、照相模塊、燈光模塊和控制組件，其特征在于，

所述的殼體為半球殼狀，該半球殼狀的殼體由多塊相機及燈光安裝框架拼接而成，每個相機及燈光安裝框架包括外框架、殼體導光板、相機安裝板和殼體封板，相鄰的相機及燈光安裝框架的外框架貼合，并通過安裝螺釘固定拼接在一起，所述的殼體導光板卡在外框架內并位于殼體內表面的一側，多個相機及燈光安裝框架的殼體導光板形成殼體的內表面，所述的殼體導光板具有穿過照相機鏡頭的通孔，所述的相機安裝板固定安裝在外框架內，在照相機和照明燈帶安裝畢后，所述的殼體封板將外框架位于殼體外表面的開口封閉，

所述的立柱有兩根，所述的殼體兩側分別通過一根立柱安裝在底座上，

所述的照相模塊包括多個帶有控制器的照相機，所述的帶有控制器的照相機安裝在相機安裝板上，帶有控制器的照相機的鏡頭穿過殼體導光板上的通孔，

所述的燈光模塊包括多個照明燈帶和給照明燈帶供電的燈光電源，每塊殼體導光板的內側安裝有一個照明燈帶，

所述的控制組件包括交換機和控制計算機，所述的多個帶有控制器的照相機分別通過交換機與控制計算機連接，

更進一步地，還包括頭部定位組件，所述的頭部定位組件固定安裝在立柱上，頭部定位組件能夠抵住頭部，在掃描儀拍攝時，使頭部位位置固定不動。

更進一步地，所述的二根立柱為對稱的左立柱和右立柱，左立柱包括立柱體、立柱導光板、上封板、下封板和扣手，所述的立柱體為曲面薄殼結構，立柱體上部具有通孔，所述的立柱導光板將該通孔封閉，立柱導光板的內側安裝有一個照明燈帶，所述的上封板和下封板將立柱體的曲面薄殼結構的開口側封閉，所述的扣手安裝在上封板，右立柱結構與左立柱結構對稱，兩根立柱在底座上安裝好后，兩根立柱的立柱導光板的位置相對并平行。

更進一步地，所述的殼體由9塊相機及燈光安裝框架拼接而成，9塊相機及燈光安裝框架包括3塊外形為方形的相機及燈光安裝框架和6塊外形為三角形的相機及燈光安裝框架，方形的相機及燈光安裝框架的殼體導光板上開有4個均布的通孔，三角形的相機及燈光安裝框架的殼體導光板上開有3個均布的通孔，殼體導光板上的每個通孔可對應安裝一臺帶有控制器的照相機。

更進一步地，所述的照明燈帶有11個，其中9個分別安裝在9塊相機及燈光安裝框架中，2個分別安裝在2個立柱中。

更進一步地，所述的底座包括底座外殼和底座板，所述的控制組件的交換機、控制計算機以及燈光電源安裝在底座外殼和底座板圍成的空間內。

更進一步地，所述的帶有控制器的照相機包括樹莓派2代model-B微型計算機、鏡頭座和500萬像素樹莓派攝像頭。

本實用新型的有益效果是：1)本實用新型的三維面部掃描儀采一體的整體結構，無需組裝調試，掃描精度高?？煞旁谌魏巫烂嫔?，接上顯示器、鼠標鍵盤和220V電源即可使用；2)產品結構緊湊，更加便于運輸，僅需兩人提起左右把手即可搬動，也不需大型貨車，普通的商務車也能運輸；3)基于拍攝相機圖像進行三維掃描，設備簡單，成本低，能夠瞬時快速掃描抓拍特定表情，效率高。

附圖說明

圖1為本實用新型的三維面部掃描儀的立體示意圖；

圖2為本實用新型的三維面部掃描儀的右視圖；

圖3為本實用新型的三維面部掃描儀的后視圖；

圖4為本實用新型的三維面部掃描儀的方形的相機及燈光安裝框架和燈帶、照相機的安裝結構分解圖；

圖5為本實用新型的三維面部掃描儀的三角形的相機及燈光安裝框架和燈帶、照相機的安裝結構分解圖；

圖6為本實用新型的三維面部掃描儀的左立柱安裝結構分解示意圖；

圖7為本實用新型的三維面部掃描儀的底座的分解圖；

圖8為本實用新型的三維面部掃描儀的控制組件的分解圖；

圖9為本實用新型的三維面部掃描儀的照相模塊與控制組件的接線示意圖；

圖10為本實用新型的三維面部掃描儀的燈光模塊的接線示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和有益效果更加清楚明白，下面結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細說明，本說明僅用于解釋本實用新型，并不作為本實用新型的限定。

如附圖1-10所示，本實用新型提出的三維掃描儀，包括殼體1、底座2、立柱3、照相模塊4、燈光模塊5、控制組件6和頭部定位組件7，各個子系統(tǒng)集成為一體機，便于攜帶、操作方便。

殼體1采用鋁合金和ABS工程塑料加工而成，所述的殼體1為半球殼狀，該半球殼狀的殼體1由9塊相機及燈光安裝框架11拼接而成，每個相機及燈光安裝框架包括外框架111、殼體導光板112、相機安裝板113和殼體封板114，相鄰的相機及燈光安裝框架的外框架111貼合，并通過安裝螺釘固定拼接在一起，所述的殼體導光板112卡在外框架111內并位于殼體1內表面的一側，多個相機及燈光安裝框架11的殼體導光板112形成殼體1的內表面，所述的殼體導光板112具有穿過照相機鏡頭的通孔，所述的相機安裝板113固定安裝在外框架111內，在帶有控制器的照相機41和照明燈帶51安裝畢后，所述的殼體封板114將外框架111位于殼體1外表面的開口封閉。殼體導光板112為亞克力材料。

所述的頭部定位組件7固定安裝在立柱3上，頭部定位組件7能夠抵住頭部，在掃描儀拍攝時，使頭部位位置固定不動。所述的頭部定位組件7包括支撐梁71、旋架72和伸縮桿73，所述的支撐梁71位于殼體1的上部并且支撐梁71的兩端分別與兩根立柱3固定連接，所述的支撐梁71的下表面旋轉連接旋架72的一端，旋轉連接的旋轉軸線與地面垂直，所述的旋架72的另一端安裝伸縮桿73，所述的伸縮桿73包括固定桿、動桿和定位螺絲，所述的固定桿固定在旋架72上，旋緊定位螺絲能夠使動桿與固定桿的位置固定，在在掃描儀拍攝時，頭部位于殼體1凹下的內表面前，旋轉旋架72至三維面部掃描儀對稱中心面處，此時旋架72位于頭部的后側，調整動桿使動桿抵住頭部的后側，旋緊定位螺絲后，開始拍攝。

照相模塊4包括22組帶有控制器的照相機41和照相機電源42，每組照相機包括樹莓派2代model-B微型計算機411、鏡頭座412和500萬像素樹莓派攝像頭413，均勻安裝在各個相機及燈光安裝框架11的相機安裝板113上，形成一個半球面，罩住演員面部。500萬像素樹莓派攝像頭413距離演員面部30cm左右。照相模塊4使用標準的百兆以太網與控制組件6連接，所有單元的觸發(fā)信號完美同步，同步精度小于1ms。樹莓派微型計算機411采用USB供電，其照相機電源42為4塊Anker 60W 6口USB充電器，放置于產品底座2兩側底座外殼21內。照相模塊4的帶有控制器的照相機41數量最大可擴展至30組。

燈光模塊5的照明燈帶51共11組，也均勻放置在各個相機及燈光安裝框架11的殼體導光板112的內側，以及立柱3上的立柱導光板32的內側，圍繞演員面部，形成一個發(fā)光的半球面，照亮演員面部細節(jié)。每組照明燈帶51為1根12V 5050LED燈帶，LED燈帶圍繞導光板放置，使導光板發(fā)光均勻。每塊殼體導光板上有3或4個圓孔，用于放置攝像頭。各照明燈帶51并聯(lián)，共用一個12V200W直流電源52供電。

控制組件6包含交換機61、控制計算機62、視頻監(jiān)控單元63、控制面板64和總電源插排65?？刂朴嬎銠C62包含華碩H81I-PLUS電腦主板、英特爾酷睿i3處理器、英睿達8G內存、西部數據1TB硬盤、以及長城220W小機箱電源。控制計算機62運行于Windows環(huán)境。

交換機61為2臺CISCO-SF90D-16小型交換機，放置于產品兩側底座外殼21內，將控制計算機62與22個帶有控制器的照相機41連成百兆以太網絡。

視頻監(jiān)控單元63采用“林柏視”70度視角網絡攝像頭，安裝在殼體1中心部的方形的相機及燈光安裝框架11的正中間的通孔處，通過USB線連接在控制計算機62主板上，可實時拍攝演員的表情，并顯示在工作人員的顯示器上，幫助工作人員指導與抓拍演員表情。

控制面板64位于底座2后方，包含一個總電源輸入接口、總電源開關、燈光模塊開關、控制計算機62的控制計算機開關，以及控制計算機62主板接口，接口可外接顯示器、鼠標鍵盤和220V電源。

總電源插排65通過總電源開關連接到總電源輸入接口上，并與產品外部的220V電源線接通；帶有控制器的照相機41的樹莓派微型計算機411的照相機電源42的電源線要插在總電源插排65上，并為22組樹莓派微型計算機411提供5V直流電；交換機61的電源線也要插在總電源插排65上，并通過網線把22組樹莓派微型計算機411和控制計算機62組成百兆以太網；燈光電源52的輸入電線要通過控制面板64上的燈光模塊開關連接到總電源插排65上，并通過并聯(lián)電路為11組LED照明燈帶51供電。

本實用新型提出的三維掃描儀工作時，需要把顯示器和鼠標鍵盤連接到控制面板64上的控制計算機62的對應接口上，然后把220V電源線插入控制面板64上的總電源輸入接口并通電，然后開啟控制面板64上的總電源開關，此時總電源插排65將通電，照相模塊4的樹莓派微型計算機411隨即通電啟動；開啟控制面板64上的燈光模塊開關，照明燈帶51點亮，使殼體導光板112和立柱導光板32發(fā)光，照亮演員面部；然后開啟控制面板64上的控制計算機開關，啟動控制計算機62，然后打開其內部的掃描控制軟件，即可通過百兆以太網控制照相模塊4的樹莓派微型計算機411和樹莓派攝像頭413拍照，并通過網絡把照片傳到控制計算機62的固態(tài)硬盤內。拍攝好的人面部多角度的照片最終可采用Photoscan在無特征點的情況下進行重構，形成人臉三維模型。

本實用新型提出的三維掃描儀不工作時，可以關閉控制面板64上的燈光模塊開關，使導光板不發(fā)光；此時照相模塊4的樹莓派微型計算機411和控制計算機62仍處于啟動狀態(tài)，可隨時等待下一次使用；

本實用新型提出的三維面部掃描儀運輸時，依次關閉燈光模塊開關，關閉控制計算機62，關閉總電源開關之后，拔掉連接在控制計算機62接口上的顯示器與鼠標鍵盤，然后用立柱3左右兩側的扣手35，即可搬運。

以上所述的具體實施方式，對于本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等效替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。