基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置的制造方法
基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 人的一生有三分之一的时间都是在睡眠中度过的，睡眠之于人类有多重要，枕头 对于睡眠就有多重要。与枕头直接接触的是人体的颈椎，而颈椎与人体的肩背和腰部肌肉、 韧带、椎间盘等都密切相关，由此可见合适的枕头对于人体健康的影响。颈椎有一个前凸的 弧度，称为生理性前凸，在睡眠时枕头与颈椎的生理性前凸相吻合才在睡眠下也能维持颈 椎正常的生理弧度。并使得颈部皮肤、肌肉、韧带、椎间盘、椎间关节以及穿过颈部的气管、 食道、神经等组织器官在睡觉时与整个人体一起放松与休息。
[0003] 由于每个人的颈椎的生理弧度都是不相同的，传统批量生产的枕头无法保证符合 每个人颈椎的生理需求。若要使枕头制造商根据每个人的颈椎量身定制枕头，则需要获知 颈椎三维轮廓信息。传统方法需要使用三维数字化扫描仪来模拟人体颈椎的三维结构，但 是这种的机器普及度不高，导致颈椎三维轮廓信息的获取很困难。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种方便快捷的获取颈椎三维轮廓信息 的基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置。
[0005] -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，所述方法包括：获取对光源通过光 栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；
[0006] 根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0007] 在其中一个实施例中，在所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈 椎三维轮廓信息的步骤之后，所述方法还包括：
[0008] 发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述颈椎三维轮廓信 息生成制造枕头的指令。
[0009] 在其中一个实施例中，所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎 三维轮廓信息的步骤，包括：
[0010] 对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声；
[0011] 通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图像中的条纹图像 与背景图像；
[0012] 对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编码值；
[0013] 根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期得到 实际条纹周期图；
[0014] 对所述实际条纹周期图进行纠错处理；
[0015] 对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0016] 在其中一个实施例中，所述对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得 到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括：
[0017] 根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相位值进 行点加运算求出每个像素点的完全相位值；
[0018] 通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标系中的三维坐标 占.
[0019] 根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮廓信息。
[0020] 在其中一个实施例中，所述获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形 成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像的步骤，包括：
[0021] 接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光灯产生的闪光通 过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面；
[0022] 获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图像。
[0023] -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，所述方法包括：
[0024] 接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；
[0025] 根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令发送至枕头制造 机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度相吻 合的枕头。
[0026] -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置，所述装置包括：
[0027] 图像获取模块，用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光 栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；
[0028] 三维重构模块，用于根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮 廓信息。
[0029] 在其中一个实施例中，所述装置还包括：
[0030] 信息发送模块，用于发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据 所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0031] 在其中一个实施例中，所述三维重构模块包括：
[0032] 预处理模块，用于对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声；
[0033] 阈值处理模块，用于通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光 栅图像中的条纹图像与背景图像；
[0034] 图像编码模块，用于对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点 的编码值；
[0035] 图像编码转换模块，用于根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素 点的实际条纹周期得到实际条纹周期图；
[0036] 图像纠错模块，用于对所述实际条纹周期图进行纠错处理；
[0037] 轮廓信息获取模块，用于对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息。
[0038] 在其中一个实施例中，所述轮廓信息获取模块包括：
[0039] 相位值计算模块，用于根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编 码值和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值；
[0040] 坐标点换算模块，用于通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间 坐标系中的三维坐标点；
[0041] 轮廓信息重建模块，用于根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0042] 在其中一个实施例中，所述图像获取模块包括：
[0043] 指令接收模块，用于接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪 光灯产生的闪光通过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投 影面；
[0044] 光栅图像获取模块，用于获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅 图像。
[0045] -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置，所述装置包括：
[0046] 信息接收模块，用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；
[0047] 指令发送模块，用于根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述 指令发送至枕头制造机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体 颈椎的生理弧度相吻合的枕头。
[0048] -种应用于基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的终端，所述终端包括：摄像 头、闪光灯以及光栅片，其特征在于，所述光栅片安装在所述闪光灯上。
[0049] 上述基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置，由于上述获取颈椎三维轮廓 信息的过程中未使用到专门的三维数字化扫描仪，通过带拍摄功能的终端拍摄投影在颈椎 表面以及参考平面的光栅投影面，即可根据拍摄得到的光栅图像对 颈椎进行三维重构获得 颈椎三维轮廓信息，使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
【附图说明】
[0050] 图1为一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的流程示意图；
[0051] 图2为一个实施例中获取光栅图像的设备结构图；
[0052] 图3为一个实施例中重构人体颈椎三维轮廓信息的应用场景图；
[0053] 图4为一个实施例中光栅图像以及根据光栅图像进行三维重构后得到的颈椎三 维轮廓信息效果图；
[0054] 图5为一个实施例中制造出来的枕头与人体颈椎弧度相吻合的场景图；
[0055] 图6为一个实施例中根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息 的步骤的流程示意图；
[0056] 图7为一个实施例中应用于人体颈椎三维重构的终端拍摄光栅投影面的应用场 景图；
[0057] 图8为一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置的结构示意图；
[0058]图9为另一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置的结构示意图；
[0059] 图10为一个实施例中三维重构模块的结构示意图；
[0060] 图11为一个实施例中轮廓信息获取模块的结构示意图；
[0061]图12为一个实施例中图像获取模块的结构示意图；
[0062] 图13为一个实施例中基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0063] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0064] 如图1所示，在一个实施例中，提供的一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方 法，该方法包括如下步骤：
[0065] 步骤101，获取对光源通过光栅片投影在颈椎上以及参考平面上形成的光栅投影 面进行拍摄得到的光栅图像。
[0066] 光栅投影法属于光学三角法中结构光方法的一个分支，它是建立在相位信息的基 础上的。光栅投影法测量颈椎三维轮廓信息的过程主要分为两步：首先将一幅或多幅光栅 条纹投影到颈椎的表面以及参考平面上；，光栅条纹被物体表面深度所调制，使得光栅条 纹的相位发生改变，然后根据相位与颈椎表面深度的映射关系求解颈椎表面的深度分布从 而得到颈椎表面的三维轮廓信息。
[0067] 本实施例中，光栅投影装置将光栅条纹投影至颈椎以及参考平面上。具体的，光栅 投影装置中包括光源和光栅片，光源发出的光通过光栅片投影至颈椎以及参考平面。参考 平面是表面光滑反光效果好的平面，且位于被测颈椎的后面。例如，对靠墙站立的人体颈椎 进行光栅投影，则参考平面即为墙面。通过图像采集设备（例如，照相机）对投影后的光栅 投影面进行拍照得到的图像即为光栅图像。
[0068] 在一个实施例中，步骤101，获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形 成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像包括：接收拍摄指令，并根据拍摄指令启动闪光 灯，闪光灯产生的闪光通过安装在闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投 影面；获取根据拍摄指令拍摄光栅投影面得到的光栅图像。
[0069] 本实施例中，如图2所示，光栅投影装置与拍摄装置位于同一设备上，该设备包含 摄像头20、闪光灯21，其中闪光灯上安装有光栅片22。用户将设备对准被测的颈椎按下快 门后，将产生拍摄指令，根据拍摄指令由闪光灯和光栅片构成的光栅投影装置将向被测的 颈椎以及参考平面投影光栅条纹形成光栅投影面。通过摄像头拍摄该光栅投影面得到光栅 图像，进一步的，将获得的光栅图像发送至设备中安装的三维重构软件进行颈椎三维重构 的处理；或者将光栅图像发送至枕头制造商的服务器，由服务器根据光栅图像进行颈椎三 维重构处理。
[0070] 步骤102,根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0071] 根据光栅图像计算投影在参考平面和颈椎表面光栅条纹的相位分布，并求出投影 在颈椎表面的光栅条纹图像与投影在参考平面的光栅条纹图像之间的相位差，根据相位差 与高度之间的关系，求出颈椎表面光栅图中每个像素点的高度，最后根据像素点高度重构 出颈椎三维轮廓信息。
[0072] 如图3所示，30为光栅投影装置、31为相机、33为被测颈椎表面。若30光栅投影 装置的出瞳中心为P，31相机的入瞳中心为C，并且PC平行于参考平面X。设光栅投影从P 点发射出一条光线，交被测颈椎于H，延长后交参考平面于B。连接反射光线HC，并反向延 长交参考平面于A点。连接PA，易知PA也是一条发射光线。当没有被测颈椎时，从光栅投 影装置出射对应于HC的入射光线必为PA;当有被测颈椎时，HC对应的入射光线为PH。换 句话说：由于被测颈椎的影响PA与PH在相机中的透视位置相同。
[0073] 相关的数学量如下：h:为被测物体上H点相对参考面的高度；L:平行直线PC到 参考平面的距离；d:点P与点C的连线长度；为点A与点B的连线长度；由直线PC平 行于参考平面X可知，AABH相似于APCH，从而有公式1:
[0074] 由上面公式可求得H点相对参考面的高度公式2
根据相位差 公式
为投影在参考平面上正弦光栅的空间频率）及上面公式1和公 式2可得出公式3:
[0075] 由公式3可以看出：在系统参数UcUL已知的情况下，如果知道点H在参考平面 上的对应点A、B，并且能求出它们的相位，那么根据它们的相位差就可以算出点H的高度h， 从而可以重构出被测颈椎表面的三维轮廓信息。
[0076] 上述基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，由于上述获取颈椎三维轮廓信息的 过程中未使用到专门的三维数字化扫描仪，通过带拍摄功能的终端拍摄投影在颈椎表面以 及参考平面的光栅投影面，即可根据拍摄得到的光栅图像对颈椎进行三维重构获得颈椎三 维轮廓信息，使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
[0077] 在一个实施例中，在步骤102之后，该方法还包括：发送颈椎三维轮廓信息至服务 器，使得服务器根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0078] 如图4所示，在一个实施例中，40、41以及42是光栅条纹投影至颈椎后拍摄获取的 光栅图像；43是对40光栅图像进行三维重构后得到颈椎三维轮廓信息效果图；44是对41 光栅图像进行三维重构后得到颈椎三维轮廓信息效果图；45是对42光栅图像进行三维重 构后得到颈椎三维轮廓信息效果图。
[0079] 枕头生产商的服务器获取到颈椎三维轮廓信息后，即可根据颈椎三维轮廓信息生 产制造符合人体颈椎生理要求的枕头。如图5所示，在一个实施例中，根据颈椎三维轮廓信 息生产的枕头与人体颈椎的生理弧度相吻合的枕头。上述方法真正实现为用户提供量身定 制枕头的服务，提高了枕头的舒适性。
[0080] 如图6所示，在一个实施例中，步骤102,根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息包括：
[0081] 步骤601，对光栅图像进行预处理，消除光栅图像中的噪声。
[0082] 拍摄光栅图像过程中可能会由于光学系统的失真、噪声污染等因素造成光栅图像 模糊不清，本实施例中，通过对光栅图像进行预处理改善了光栅图像的质量，提高了后续三 维重构的准确度。具体的，通过滤 波提高光栅图像的分辨能力，消除噪声，增强识别信号。非 线性空间滤波是基于领域操作的，通过定义一个大小为m*n的邻域，以其中心点滑过光栅 图像的方式进行非线性操作。例如：令每个中心点处的响应等于其领域内的最大像素值的 操作即为非线性空间滤波。非线性空间滤波的一种典型滤波器是统计排序滤波器（也称为 排序滤波器，其响应基于对光栅图像邻域中所包含的像素点进行排序，然后使用排序结果 确定的值来替代邻域中心像素的值。
[0083] 步骤602,通过对预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图像中的条纹 图像与背景图像。
[0084] 图像阈值处理在图像分割应用中占有重要地位，它利用图像中的目标物体与其背 景在灰度特性上的差异，把图像视为具有不同灰度级的两类区域的组合，选取一个合适的 特征阈值，以确定图像中每个像素点属于目标物体还是背景区域。本实施例中，根据光栅图 像中的条纹图像与背景图像的灰度差异设定特征阈值，通过设定的特征阈值将光栅图像中 的条纹图像与背景图像区分开来。
[0085] 步骤603,对条纹图像进行编码，计算条纹图像中每个像素点的编码值。
[0086] 步骤604,根据编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期 得到实际条纹周期图。
[0087] 步骤605,对实际条纹周期图进行纠错处理。
[0088] 对经过编码后的条纹图像进行纠错，降低上述数据处理过程中没有消除对编码产 生错误的因素的影响，提高了人体颈椎三维重构的精度。
[0089] 步骤606,对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0090] 在一个实施例中，步骤605,对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈 椎三维轮廓信息包括：根据纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相 位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值；通过完全相位值求解实际条纹周期图换 算至三维空间坐标系中的三维坐标点；根据三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0091] 包裹相位并不是实际条纹周期图中真实的相位分布，只有将包裹相位展开才能得 到实际条纹周期图中真实的相位分布。本实施例中，将条纹周期图中像素点的编码值与包 裹相位值进行点加运算求解出完全相位值，根据完全相位值求解像素点的三维点高度Z，将 像素点的位置坐标，（X，y)和这一点的三维点高度z得到每个像素点在三维坐标系中的空 间坐标（x，y，z)，进一步的，根据三维点的空间坐标进行虚拟现实表面重建获得颈椎表面的 颈椎三维轮廓信息。
[0092] 在一个实施例中，获取到三维轮廓信息后，进一步的将颈椎三维轮廓信息的文件 经过处理（光滑等）后由OpenGL显示出来，OpenGL对其执行光照、消隐、材质等一系列命 令，使得颈椎三维轮廓信息显示出更好的视觉效果。
[0093] 在一个实施例中，提供了一种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，该方法 包括如下步骤：接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头 的指令，并将指令发送至枕头制造机器，使枕头制造机器根据颈椎三维轮廓信息制造出与 人体颈椎的生理弧度相吻合的枕头。
[0094] 本实施例中，枕头生产商的服务器接收终端发送的颈椎三维轮廓信息，并生成制 造枕头的指令，将指令发送至生产车间的枕头制造机器，枕头制造机器制造出来的枕头与 人体颈椎的生理弧度完全吻合，实现了为用户量身定制枕头的服务，提高了枕头的舒适性。
[0095] 在一个实施例中，终端获取用户选取的枕头款式、枕头数量以及枕头颜色等参数， 以及用户填写的收货联系人信息，并根据上述信息以及用户提交的包含颈椎三维轮廓信息 的文件生成订单信息，终端将订单信息发送至枕头制造商的服务器，服务器根据订单信息 生成制造枕头的指令，并通过指令控制枕头制造机器制造出符合订单信息的枕头。制造出 枕头后，进一步的，根据联系人信息生成邮寄枕头的快递订单，由快递公司负责将枕头送货 上门。用户足不出户即可享受到量身定制枕头的服务，减少了用户与枕头生产商之间的中 间环节，为用户提供了物美价廉的产品服务。
[0096] 在一个实施例中，提供一种应用于基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的终 端，该终端包括：摄像头、闪光灯以及光栅片，光栅片安装在所述闪光灯上。
[0097] 本实施例中，终端中包含摄像头、闪光灯以及光栅片，闪光灯发出的光通过安装在 闪光灯上的光栅片将光栅条纹投影至被测颈椎上形成光栅投影面。摄像头对光栅投影面进 行拍摄获得光栅图像。由于光栅投影装置和图像拍摄装置都集中在一个终端上，使得用户 获取到光栅图像的过程操作简单方便。
[0098] 在一个实施例中，光栅片是终端中一个可拆卸部件，当需要使用时可固定安装在 终端的闪光灯上。如图7所示，终端为手机70,手机70摄像头旁的闪光灯上安装了光栅片， 手机70只需要对人体颈椎进行如图方式的拍摄即可得到光栅图像。
[0099] 在终端的闪光灯后安装条形的光栅片，将条形光栅条纹投影至人体颈椎的表面以 及参考平面。通过终端的摄像头拍摄人体颈椎表面的光栅投影面得到光栅图像，通过终端 中安装的三维轮廓重构软件对上述光栅图像进行图像处理得到颈椎三维轮廓信息文件。将 三维轮廓信息文件发送至枕头生产商的服务器，由枕头生产商为用户定制一款完全符合人 体颈椎生理弧度的枕头。实现了为用户量身定制枕头的服务。
[0100] 如图8所示，在一个实施例中，提供的一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装 置，该装置包括如下模块：
[0101] 图像获取模块80,用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的 光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像。
[0102] 三维重构模块82,用于根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信 息。
[0103] 如图9所示，在一个实施例中，基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置还包括：
[0104] 信息发送模块84,用于发送颈椎三维轮廓信息至服务器，使得服务器根据颈椎三 维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0105] 如图10所示，在一个实施例中，三维重构模块82包括：
[0106] 预处理模块820,用于对光栅图像进行预处理，消除光栅图像中的噪声。
[0107] 阈值处理模块821，用于通过对预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅 图像中的条纹图像与背景图像。
[0108] 图像编码模块822,用于对条纹图像进行编码，计算条纹图像中每个像素点的编码 值。
[0109] 图像编码转换模块823,用于根据编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素 点的实际条纹周期得到实际条纹周期图。
[0110] 图像纠错模块824,用于对实际条纹周期图进行纠错处理。
[0111] 轮廓信息获取模块825,用于对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息。
[0112] 如图11所示，在一个实施例中，轮廓信息获取模块825包括：
[0113] 相位值计算模块8250,用于根据纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编 码值和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值。
[0114] 坐标点换算模块8251，用于通过完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间 坐标系中的三维 坐标点。
[0115] 轮廓信息重建模块8252,用于根据三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0116] 如图12所示，在一个实施例中，图像获取模块包括820 :
[0117] 指令接收模块8200,用于接收拍摄指令，并根据拍摄指令启动闪光灯，闪光灯产生 的闪光通过安装在闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面。
[0118] 光栅图像获取模块8202,用于获取根据拍摄指令拍摄光栅投影面得到的光栅图 像。
[0119] 如图13所示，在一个实施例中，提供的一种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的 装置，该装置包括如下模块：
[0120] 信息接收模块90,用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息。
[0121] 指令发送模块92,用于根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将指令发 送至枕头制造机器，使枕头制造机器根据颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度 相吻合的枕头。
[0122] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例 中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛 盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0123] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范 围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，所述方法包括： 获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到 的光栅图像； 根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述光栅图像对所述颈椎进 行三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤之后，所述方法还包括： 发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述颈椎三维轮廓信息生 成制造枕头的指令。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行 三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括： 对光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声； 通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分所述光栅图像中的条纹图像 与背景图像； 对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编码值； 根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期得到实际 条纹周期图； 对所述实际条纹周期图进行纠错处理； 对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述纠错处理后的实际条纹周期 图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括： 根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相位值进行点 加运算求出每个像素点的完全相位值； 通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标系中的三维坐标点； 根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮廓信息。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取对光源通过光栅片 投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像的步骤，包括： 接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光灯产生的闪光通过安 装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面； 获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图像。6. -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，所述方法包括： 接收终端发送的颈椎三维轮廓信息； 根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令发送至枕头制造机 器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度相吻合 的枕头。7. -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置，其特征在于，所述装置包括： 图像获取模块，用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投 影面进行拍摄得到的光栅图像； 三维重构模块，用于根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信 息。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 信息发送模块，用于发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述 颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述三维重构模块包括： 预处理模块，用于对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声； 阈值处理模块，用于通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图 像中的条纹图像与背景图像； 图像编码模块，用于对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编 码值； 图像编码转换模块，用于根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的 实际条纹周期得到实际条纹周期图； 图像纠错模块，用于对所述实际条纹周期图进行纠错处理； 轮廓信息获取模块，用于对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎 三维轮廓信息。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述轮廓信息获取模块包括： 相位值计算模块，用于根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值 和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值； 坐标点换算模块，用于通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标 系中的三维坐标点； 轮廓信息重建模块，用于根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮 廓信息。11. 根据权利要求710中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像获取模块包括： 指令接收模块，用于接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光 灯产生的闪光通过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影 面； 光栅图像获取模块，用于获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图 像。12. -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置，其特征在于，所述装置包括： 信息接收模块，用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息； 指令发送模块，用于根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令 发送至枕头制造机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎 的生理弧度相吻合的枕头。13. -种应用于权利要求1至5任一项中的基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的 终端，所述终端包括：摄像头、闪光灯以及光栅片，其特征在于，所述光栅片安装在所述闪光 灯上。
【专利摘要】本发明提供了一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置，其中所述方法包括：获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。上述方法和装置使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN104899916
【申请号】CN201510185915
【发明人】王光能, 李玉廷, 舒远, 闫静, 李人杰, 高云峰
【申请人】大族激光科技产业集团股份有限公司, 深圳市大族电机科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月17日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 人的一生有三分之一的时间都是在睡眠中度过的，睡眠之于人类有多重要，枕头 对于睡眠就有多重要。与枕头直接接触的是人体的颈椎，而颈椎与人体的肩背和腰部肌肉、 韧带、椎间盘等都密切相关，由此可见合适的枕头对于人体健康的影响。颈椎有一个前凸的 弧度，称为生理性前凸，在睡眠时枕头与颈椎的生理性前凸相吻合才在睡眠下也能维持颈 椎正常的生理弧度。并使得颈部皮肤、肌肉、韧带、椎间盘、椎间关节以及穿过颈部的气管、 食道、神经等组织器官在睡觉时与整个人体一起放松与休息。
[0003] 由于每个人的颈椎的生理弧度都是不相同的，传统批量生产的枕头无法保证符合 每个人颈椎的生理需求。若要使枕头制造商根据每个人的颈椎量身定制枕头，则需要获知 颈椎三维轮廓信息。传统方法需要使用三维数字化扫描仪来模拟人体颈椎的三维结构，但 是这种的机器普及度不高，导致颈椎三维轮廓信息的获取很困难。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种方便快捷的获取颈椎三维轮廓信息 的基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置。
[0005] -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，所述方法包括：获取对光源通过光 栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；
[0006] 根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0007] 在其中一个实施例中，在所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈 椎三维轮廓信息的步骤之后，所述方法还包括：
[0008] 发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述颈椎三维轮廓信 息生成制造枕头的指令。
[0009] 在其中一个实施例中，所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎 三维轮廓信息的步骤，包括：
[0010] 对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声；
[0011] 通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图像中的条纹图像 与背景图像；
[0012] 对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编码值；
[0013] 根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期得到 实际条纹周期图；
[0014] 对所述实际条纹周期图进行纠错处理；
[0015] 对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0016] 在其中一个实施例中，所述对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得 到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括：
[0017] 根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相位值进 行点加运算求出每个像素点的完全相位值；
[0018] 通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标系中的三维坐标 占.
[0019] 根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮廓信息。
[0020] 在其中一个实施例中，所述获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形 成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像的步骤，包括：
[0021] 接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光灯产生的闪光通 过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面；
[0022] 获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图像。
[0023] -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，所述方法包括：
[0024] 接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；
[0025] 根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令发送至枕头制造 机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度相吻 合的枕头。
[0026] -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置，所述装置包括：
[0027] 图像获取模块，用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光 栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；
[0028] 三维重构模块，用于根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮 廓信息。
[0029] 在其中一个实施例中，所述装置还包括：
[0030] 信息发送模块，用于发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据 所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0031] 在其中一个实施例中，所述三维重构模块包括：
[0032] 预处理模块，用于对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声；
[0033] 阈值处理模块，用于通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光 栅图像中的条纹图像与背景图像；
[0034] 图像编码模块，用于对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点 的编码值；
[0035] 图像编码转换模块，用于根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素 点的实际条纹周期得到实际条纹周期图；
[0036] 图像纠错模块，用于对所述实际条纹周期图进行纠错处理；
[0037] 轮廓信息获取模块，用于对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息。
[0038] 在其中一个实施例中，所述轮廓信息获取模块包括：
[0039] 相位值计算模块，用于根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编 码值和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值；
[0040] 坐标点换算模块，用于通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间 坐标系中的三维坐标点；
[0041] 轮廓信息重建模块，用于根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0042] 在其中一个实施例中，所述图像获取模块包括：
[0043] 指令接收模块，用于接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪 光灯产生的闪光通过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投 影面；
[0044] 光栅图像获取模块，用于获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅 图像。
[0045] -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置，所述装置包括：
[0046] 信息接收模块，用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；
[0047] 指令发送模块，用于根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述 指令发送至枕头制造机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体 颈椎的生理弧度相吻合的枕头。
[0048] -种应用于基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的终端，所述终端包括：摄像 头、闪光灯以及光栅片，其特征在于，所述光栅片安装在所述闪光灯上。
[0049] 上述基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置，由于上述获取颈椎三维轮廓 信息的过程中未使用到专门的三维数字化扫描仪，通过带拍摄功能的终端拍摄投影在颈椎 表面以及参考平面的光栅投影面，即可根据拍摄得到的光栅图像对 颈椎进行三维重构获得 颈椎三维轮廓信息，使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
【附图说明】
[0050] 图1为一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的流程示意图；
[0051] 图2为一个实施例中获取光栅图像的设备结构图；
[0052] 图3为一个实施例中重构人体颈椎三维轮廓信息的应用场景图；
[0053] 图4为一个实施例中光栅图像以及根据光栅图像进行三维重构后得到的颈椎三 维轮廓信息效果图；
[0054] 图5为一个实施例中制造出来的枕头与人体颈椎弧度相吻合的场景图；
[0055] 图6为一个实施例中根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息 的步骤的流程示意图；
[0056] 图7为一个实施例中应用于人体颈椎三维重构的终端拍摄光栅投影面的应用场 景图；
[0057] 图8为一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置的结构示意图；
[0058]图9为另一个实施例中基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置的结构示意图；
[0059] 图10为一个实施例中三维重构模块的结构示意图；
[0060] 图11为一个实施例中轮廓信息获取模块的结构示意图；
[0061]图12为一个实施例中图像获取模块的结构示意图；
[0062] 图13为一个实施例中基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0063] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0064] 如图1所示，在一个实施例中，提供的一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方 法，该方法包括如下步骤：
[0065] 步骤101，获取对光源通过光栅片投影在颈椎上以及参考平面上形成的光栅投影 面进行拍摄得到的光栅图像。
[0066] 光栅投影法属于光学三角法中结构光方法的一个分支，它是建立在相位信息的基 础上的。光栅投影法测量颈椎三维轮廓信息的过程主要分为两步：首先将一幅或多幅光栅 条纹投影到颈椎的表面以及参考平面上；，光栅条纹被物体表面深度所调制，使得光栅条 纹的相位发生改变，然后根据相位与颈椎表面深度的映射关系求解颈椎表面的深度分布从 而得到颈椎表面的三维轮廓信息。
[0067] 本实施例中，光栅投影装置将光栅条纹投影至颈椎以及参考平面上。具体的，光栅 投影装置中包括光源和光栅片，光源发出的光通过光栅片投影至颈椎以及参考平面。参考 平面是表面光滑反光效果好的平面，且位于被测颈椎的后面。例如，对靠墙站立的人体颈椎 进行光栅投影，则参考平面即为墙面。通过图像采集设备（例如，照相机）对投影后的光栅 投影面进行拍照得到的图像即为光栅图像。
[0068] 在一个实施例中，步骤101，获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形 成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像包括：接收拍摄指令，并根据拍摄指令启动闪光 灯，闪光灯产生的闪光通过安装在闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投 影面；获取根据拍摄指令拍摄光栅投影面得到的光栅图像。
[0069] 本实施例中，如图2所示，光栅投影装置与拍摄装置位于同一设备上，该设备包含 摄像头20、闪光灯21，其中闪光灯上安装有光栅片22。用户将设备对准被测的颈椎按下快 门后，将产生拍摄指令，根据拍摄指令由闪光灯和光栅片构成的光栅投影装置将向被测的 颈椎以及参考平面投影光栅条纹形成光栅投影面。通过摄像头拍摄该光栅投影面得到光栅 图像，进一步的，将获得的光栅图像发送至设备中安装的三维重构软件进行颈椎三维重构 的处理；或者将光栅图像发送至枕头制造商的服务器，由服务器根据光栅图像进行颈椎三 维重构处理。
[0070] 步骤102,根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0071] 根据光栅图像计算投影在参考平面和颈椎表面光栅条纹的相位分布，并求出投影 在颈椎表面的光栅条纹图像与投影在参考平面的光栅条纹图像之间的相位差，根据相位差 与高度之间的关系，求出颈椎表面光栅图中每个像素点的高度，最后根据像素点高度重构 出颈椎三维轮廓信息。
[0072] 如图3所示，30为光栅投影装置、31为相机、33为被测颈椎表面。若30光栅投影 装置的出瞳中心为P，31相机的入瞳中心为C，并且PC平行于参考平面X。设光栅投影从P 点发射出一条光线，交被测颈椎于H，延长后交参考平面于B。连接反射光线HC，并反向延 长交参考平面于A点。连接PA，易知PA也是一条发射光线。当没有被测颈椎时，从光栅投 影装置出射对应于HC的入射光线必为PA;当有被测颈椎时，HC对应的入射光线为PH。换 句话说：由于被测颈椎的影响PA与PH在相机中的透视位置相同。
[0073] 相关的数学量如下：h:为被测物体上H点相对参考面的高度；L:平行直线PC到 参考平面的距离；d:点P与点C的连线长度；为点A与点B的连线长度；由直线PC平 行于参考平面X可知，AABH相似于APCH，从而有公式1:
[0074] 由上面公式可求得H点相对参考面的高度公式2
根据相位差 公式
为投影在参考平面上正弦光栅的空间频率）及上面公式1和公 式2可得出公式3:
[0075] 由公式3可以看出：在系统参数UcUL已知的情况下，如果知道点H在参考平面 上的对应点A、B，并且能求出它们的相位，那么根据它们的相位差就可以算出点H的高度h， 从而可以重构出被测颈椎表面的三维轮廓信息。
[0076] 上述基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，由于上述获取颈椎三维轮廓信息的 过程中未使用到专门的三维数字化扫描仪，通过带拍摄功能的终端拍摄投影在颈椎表面以 及参考平面的光栅投影面，即可根据拍摄得到的光栅图像对颈椎进行三维重构获得颈椎三 维轮廓信息，使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
[0077] 在一个实施例中，在步骤102之后，该方法还包括：发送颈椎三维轮廓信息至服务 器，使得服务器根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0078] 如图4所示，在一个实施例中，40、41以及42是光栅条纹投影至颈椎后拍摄获取的 光栅图像；43是对40光栅图像进行三维重构后得到颈椎三维轮廓信息效果图；44是对41 光栅图像进行三维重构后得到颈椎三维轮廓信息效果图；45是对42光栅图像进行三维重 构后得到颈椎三维轮廓信息效果图。
[0079] 枕头生产商的服务器获取到颈椎三维轮廓信息后，即可根据颈椎三维轮廓信息生 产制造符合人体颈椎生理要求的枕头。如图5所示，在一个实施例中，根据颈椎三维轮廓信 息生产的枕头与人体颈椎的生理弧度相吻合的枕头。上述方法真正实现为用户提供量身定 制枕头的服务，提高了枕头的舒适性。
[0080] 如图6所示，在一个实施例中，步骤102,根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息包括：
[0081] 步骤601，对光栅图像进行预处理，消除光栅图像中的噪声。
[0082] 拍摄光栅图像过程中可能会由于光学系统的失真、噪声污染等因素造成光栅图像 模糊不清，本实施例中，通过对光栅图像进行预处理改善了光栅图像的质量，提高了后续三 维重构的准确度。具体的，通过滤 波提高光栅图像的分辨能力，消除噪声，增强识别信号。非 线性空间滤波是基于领域操作的，通过定义一个大小为m*n的邻域，以其中心点滑过光栅 图像的方式进行非线性操作。例如：令每个中心点处的响应等于其领域内的最大像素值的 操作即为非线性空间滤波。非线性空间滤波的一种典型滤波器是统计排序滤波器（也称为 排序滤波器，其响应基于对光栅图像邻域中所包含的像素点进行排序，然后使用排序结果 确定的值来替代邻域中心像素的值。
[0083] 步骤602,通过对预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图像中的条纹 图像与背景图像。
[0084] 图像阈值处理在图像分割应用中占有重要地位，它利用图像中的目标物体与其背 景在灰度特性上的差异，把图像视为具有不同灰度级的两类区域的组合，选取一个合适的 特征阈值，以确定图像中每个像素点属于目标物体还是背景区域。本实施例中，根据光栅图 像中的条纹图像与背景图像的灰度差异设定特征阈值，通过设定的特征阈值将光栅图像中 的条纹图像与背景图像区分开来。
[0085] 步骤603,对条纹图像进行编码，计算条纹图像中每个像素点的编码值。
[0086] 步骤604,根据编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期 得到实际条纹周期图。
[0087] 步骤605,对实际条纹周期图进行纠错处理。
[0088] 对经过编码后的条纹图像进行纠错，降低上述数据处理过程中没有消除对编码产 生错误的因素的影响，提高了人体颈椎三维重构的精度。
[0089] 步骤606,对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。
[0090] 在一个实施例中，步骤605,对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈 椎三维轮廓信息包括：根据纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相 位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值；通过完全相位值求解实际条纹周期图换 算至三维空间坐标系中的三维坐标点；根据三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0091] 包裹相位并不是实际条纹周期图中真实的相位分布，只有将包裹相位展开才能得 到实际条纹周期图中真实的相位分布。本实施例中，将条纹周期图中像素点的编码值与包 裹相位值进行点加运算求解出完全相位值，根据完全相位值求解像素点的三维点高度Z，将 像素点的位置坐标，（X，y)和这一点的三维点高度z得到每个像素点在三维坐标系中的空 间坐标（x，y，z)，进一步的，根据三维点的空间坐标进行虚拟现实表面重建获得颈椎表面的 颈椎三维轮廓信息。
[0092] 在一个实施例中，获取到三维轮廓信息后，进一步的将颈椎三维轮廓信息的文件 经过处理（光滑等）后由OpenGL显示出来，OpenGL对其执行光照、消隐、材质等一系列命 令，使得颈椎三维轮廓信息显示出更好的视觉效果。
[0093] 在一个实施例中，提供了一种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，该方法 包括如下步骤：接收终端发送的颈椎三维轮廓信息；根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头 的指令，并将指令发送至枕头制造机器，使枕头制造机器根据颈椎三维轮廓信息制造出与 人体颈椎的生理弧度相吻合的枕头。
[0094] 本实施例中，枕头生产商的服务器接收终端发送的颈椎三维轮廓信息，并生成制 造枕头的指令，将指令发送至生产车间的枕头制造机器，枕头制造机器制造出来的枕头与 人体颈椎的生理弧度完全吻合，实现了为用户量身定制枕头的服务，提高了枕头的舒适性。
[0095] 在一个实施例中，终端获取用户选取的枕头款式、枕头数量以及枕头颜色等参数， 以及用户填写的收货联系人信息，并根据上述信息以及用户提交的包含颈椎三维轮廓信息 的文件生成订单信息，终端将订单信息发送至枕头制造商的服务器，服务器根据订单信息 生成制造枕头的指令，并通过指令控制枕头制造机器制造出符合订单信息的枕头。制造出 枕头后，进一步的，根据联系人信息生成邮寄枕头的快递订单，由快递公司负责将枕头送货 上门。用户足不出户即可享受到量身定制枕头的服务，减少了用户与枕头生产商之间的中 间环节，为用户提供了物美价廉的产品服务。
[0096] 在一个实施例中，提供一种应用于基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的终 端，该终端包括：摄像头、闪光灯以及光栅片，光栅片安装在所述闪光灯上。
[0097] 本实施例中，终端中包含摄像头、闪光灯以及光栅片，闪光灯发出的光通过安装在 闪光灯上的光栅片将光栅条纹投影至被测颈椎上形成光栅投影面。摄像头对光栅投影面进 行拍摄获得光栅图像。由于光栅投影装置和图像拍摄装置都集中在一个终端上，使得用户 获取到光栅图像的过程操作简单方便。
[0098] 在一个实施例中，光栅片是终端中一个可拆卸部件，当需要使用时可固定安装在 终端的闪光灯上。如图7所示，终端为手机70,手机70摄像头旁的闪光灯上安装了光栅片， 手机70只需要对人体颈椎进行如图方式的拍摄即可得到光栅图像。
[0099] 在终端的闪光灯后安装条形的光栅片，将条形光栅条纹投影至人体颈椎的表面以 及参考平面。通过终端的摄像头拍摄人体颈椎表面的光栅投影面得到光栅图像，通过终端 中安装的三维轮廓重构软件对上述光栅图像进行图像处理得到颈椎三维轮廓信息文件。将 三维轮廓信息文件发送至枕头生产商的服务器，由枕头生产商为用户定制一款完全符合人 体颈椎生理弧度的枕头。实现了为用户量身定制枕头的服务。
[0100] 如图8所示，在一个实施例中，提供的一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装 置，该装置包括如下模块：
[0101] 图像获取模块80,用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的 光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像。
[0102] 三维重构模块82,用于根据光栅图像对颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信 息。
[0103] 如图9所示，在一个实施例中，基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置还包括：
[0104] 信息发送模块84,用于发送颈椎三维轮廓信息至服务器，使得服务器根据颈椎三 维轮廓信息生成制造枕头的指令。
[0105] 如图10所示，在一个实施例中，三维重构模块82包括：
[0106] 预处理模块820,用于对光栅图像进行预处理，消除光栅图像中的噪声。
[0107] 阈值处理模块821，用于通过对预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅 图像中的条纹图像与背景图像。
[0108] 图像编码模块822,用于对条纹图像进行编码，计算条纹图像中每个像素点的编码 值。
[0109] 图像编码转换模块823,用于根据编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素 点的实际条纹周期得到实际条纹周期图。
[0110] 图像纠错模块824,用于对实际条纹周期图进行纠错处理。
[0111] 轮廓信息获取模块825,用于对纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到 颈椎三维轮廓信息。
[0112] 如图11所示，在一个实施例中，轮廓信息获取模块825包括：
[0113] 相位值计算模块8250,用于根据纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编 码值和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值。
[0114] 坐标点换算模块8251，用于通过完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间 坐标系中的三维 坐标点。
[0115] 轮廓信息重建模块8252,用于根据三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三 维轮廓信息。
[0116] 如图12所示，在一个实施例中，图像获取模块包括820 :
[0117] 指令接收模块8200,用于接收拍摄指令，并根据拍摄指令启动闪光灯，闪光灯产生 的闪光通过安装在闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面。
[0118] 光栅图像获取模块8202,用于获取根据拍摄指令拍摄光栅投影面得到的光栅图 像。
[0119] 如图13所示，在一个实施例中，提供的一种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的 装置，该装置包括如下模块：
[0120] 信息接收模块90,用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息。
[0121] 指令发送模块92,用于根据颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将指令发 送至枕头制造机器，使枕头制造机器根据颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度 相吻合的枕头。
[0122] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例 中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛 盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0123] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范 围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法，所述方法包括： 获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到 的光栅图像； 根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述光栅图像对所述颈椎进 行三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤之后，所述方法还包括： 发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述颈椎三维轮廓信息生 成制造枕头的指令。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述光栅图像对所述颈椎进行 三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括： 对光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声； 通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分所述光栅图像中的条纹图像 与背景图像； 对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编码值； 根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的实际条纹周期得到实际 条纹周期图； 对所述实际条纹周期图进行纠错处理； 对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述纠错处理后的实际条纹周期 图进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息的步骤，包括： 根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值和包裹相位值进行点 加运算求出每个像素点的完全相位值； 通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标系中的三维坐标点； 根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮廓信息。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取对光源通过光栅片 投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像的步骤，包括： 接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光灯产生的闪光通过安 装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影面； 获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图像。6. -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的方法，所述方法包括： 接收终端发送的颈椎三维轮廓信息； 根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令发送至枕头制造机 器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎的生理弧度相吻合 的枕头。7. -种基于光栅投影的人体颈椎三维重构装置，其特征在于，所述装置包括： 图像获取模块，用于获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投 影面进行拍摄得到的光栅图像； 三维重构模块，用于根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信 息。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 信息发送模块，用于发送所述颈椎三维轮廓信息至服务器，使得所述服务器根据所述 颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令。9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述三维重构模块包括： 预处理模块，用于对所述光栅图像进行预处理，消除所述光栅图像中的噪声； 阈值处理模块，用于通过对所述预处理后的光栅图像进行图像阈值处理，区分光栅图 像中的条纹图像与背景图像； 图像编码模块，用于对所述条纹图像进行编码，计算所述条纹图像中每个像素点的编 码值； 图像编码转换模块，用于根据所述编码值进行编码转换求出条纹图像中每个像素点的 实际条纹周期得到实际条纹周期图； 图像纠错模块，用于对所述实际条纹周期图进行纠错处理； 轮廓信息获取模块，用于对所述纠错处理后的实际条纹周期图进行三维重构得到颈椎 三维轮廓信息。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述轮廓信息获取模块包括： 相位值计算模块，用于根据所述纠错处理后的实际条纹周期图中每个像素点的编码值 和包裹相位值进行点加运算求出每个像素点的完全相位值； 坐标点换算模块，用于通过所述完全相位值求解实际条纹周期图换算至三维空间坐标 系中的三维坐标点； 轮廓信息重建模块，用于根据所述三维坐标点进行虚拟现实表面重建得到颈椎三维轮 廓信息。11. 根据权利要求710中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像获取模块包括： 指令接收模块，用于接收拍摄指令，并根据所述拍摄指令启动所述闪光灯，所述闪光 灯产生的闪光通过安装在所述闪光灯上的光栅片投影至颈椎以及参考平面形成光栅投影 面； 光栅图像获取模块，用于获取根据所述拍摄指令拍摄所述光栅投影面得到的光栅图 像。12. -种基于颈椎的三维轮廓信息制造枕头的装置，其特征在于，所述装置包括： 信息接收模块，用于接收终端发送的颈椎三维轮廓信息； 指令发送模块，用于根据所述颈椎三维轮廓信息生成制造枕头的指令，并将所述指令 发送至枕头制造机器，使所述枕头制造机器根据所述颈椎三维轮廓信息制造出与人体颈椎 的生理弧度相吻合的枕头。13. -种应用于权利要求1至5任一项中的基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法的 终端，所述终端包括：摄像头、闪光灯以及光栅片，其特征在于，所述光栅片安装在所述闪光 灯上。
【专利摘要】本发明提供了一种基于光栅投影的人体颈椎三维重构方法及装置，其中所述方法包括：获取对光源通过光栅片投影在颈椎以及参考平面上形成的光栅投影面进行拍摄得到的光栅图像；根据所述光栅图像对所述颈椎进行三维重构得到颈椎三维轮廓信息。上述方法和装置使得颈椎三维轮廓信息的获取变得方便快捷。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN104899916
【申请号】CN201510185915
【发明人】王光能, 李玉廷, 舒远, 闫静, 李人杰, 高云峰
【申请人】大族激光科技产业集团股份有限公司, 深圳市大族电机科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月17日
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