面部皮肤纹理三维形貌测量系统研究

摘要

基于结构光的物体表面轮廓三维测量技术,能定量测出皮肤表面纹理的三维形貌并给予直观显示,在人体皮肤表面活体三维测量上有很好的应用前景。通过对使用祛皱化妆品前后皮肤表面纹理的三维结构变化,可以为化妆品疗效提供客观的、定量的功效性评价方法。基于此,本文开展并完成了如下工作:
　　 1.基于结构光的三维测量技术将测量物体表面轮廓信息转变为测量、计算结构光的相位信息。通过对基于结构光的三维测量技术的调研,选择了单目视觉的硬件方案,以及格雷编码法与相移法结合的相位计算算法的测量方案,并对基于格雷编码法与相移法的相位计算方法进行了仿真实验。
　　 2.采用投影设备与工业相机作为基本设备,构建了基于结构光的单目测量系统。
　　 3.编写了基于格雷编码法与相移法结合的皮肤表面纹理三维测量软件。重点解决了实际测量中遇到的阴影区域识别的问题,以及格雷编码法周期错位校正问题,并在解决相位补偿问题时提出了曲线拟合法,获得了精度更高的相位。
　　 4.完成了系统标定的研究。摄像机标定是结构光三维测量技术中的关键问题之一,其标定精度直接决定整个系统测量精度,得到的摄像机标定精度为0.555像素,由于相机的像素尺寸为3μm×3μm,即转换为实际物理尺寸摄像机标定精度为1.665μm。本文把投影仪看作反向的摄像机进行标定,通过建立精确的相机图像与投影仪图像的对应关系,赋予投影仪“拍摄”能力,从而将复杂的投影仪标定转化为成熟的摄像机参数标定,并将整个测量系统的参数标定转换为成熟的双目立体视觉系统的参数标定,本文的投影仪标定精度为7.123μm。
　　 总体而言,本文实现了基于格雷编码与相移技术相结合的皮肤表面纹理三维测量系统的关键技术研究,为今后进一步研究皮肤纹理三维结构以及祛皱产品功效的评价方法提供了基础和借鉴。