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1、2,20∗1/3∋∗第卷第期人类学学报∃%&∋%()∗+∗,∗∗−∃&/∋互∃&5,!年∀月##.46!自动三维度量学及在人体头面部测量中的应用金观昌7清华大学工程力学系8高柠7北京医科大学口腔医学院8关锐词三维度量学9人体头面部测量内容提要,以及应用这本文叙述一种新的无需参考物体或平面的自动三维度量学测量系统的原理。种系统对人体头面部进行测量、户‘鱼一2一:曰2一导;:2「功对、、物体和生物体的三维形状的自动测量是工业质量控制机器人视觉医药等<分需。、、、。要的一种测量技术它具有快速非接触高精度自动
2、化等优点自八十年代已有不少,>∗,,著作叙述这种三维度量的方法其中一部分是基于云纹原理7+=??5≅8另一部分2,。是投影条纹法测量物体与参考物体或平面的相对高度74=ΑΒ51ΧΔ=∃Ε51≅Φ8云纹测量方法对于高度变化大的物体测量灵敏度较低,。因而使用参考物体会带来不少麻烦此发展一种高精度的无需参考物体能适用于现场使用的自动三维度量系统是十分必要的。、、,人体测量在医学人类学考古学研究中是十分需要的到目前为止主要的测量方法、弯脚规等人工操作,测量的准确度和速度都受到限制,是用一些专用的仪器如直脚规在测量二点
3、对。某一标准平面的垂距差即高度差时往往比较困难通常在研究项目中要对多、、、,,个民族多个年龄组的人群进行!一Γ!项头面部长宽高度侧量以便统计分析涉及的,迫切需要采用自动测量。≅Φ年作者曾应用镜面光学与摄象机系统对工作量十分庞大、、,。牙颇模型的长宽高和周径等三维形状进行自动测量7丁晓青等≅Η8本文叙述一种。新的绝对坐标自动表面形状测量方法并应用于人体头面部的三维尺寸测量工作使用这,,、种测量系统可以无需放置参考物体测量精度为士Ι可以打印物体各点的坐标值截面。形状及立体视图人类学学报系,统与观察系统7即由电视摄
4、象机或照相机组成的系统8的几何关系当输人这些参数7坐、。标位置夹角等8计算机即可计算出高度为了精确测,,量对条纹图案采集条纹级数是不够的采用一种称为相移的方法可以获,“”“”,得条纹的相位值价由于相位中的单位度是条纹级数的1ϑΓΦ!因而侧量的精度可以大大提高。三、测量系统及测试结果、、。测量系统由投影光源人体头颅定位器记录装置和计算机图象系统组成投影光源、采用点光源7如幻灯机光源8一特制的线ϑ毫米左右的光栅片作为模板栅片由一传动系,,。。Α。统夹持并可以移动使用正弦光栅较好但)Κ=栅7矩形栅8也可使用进行头面部测、
5、,、量时用头颅定位器来保证头部眼耳平面与栅片记录平面相垂直头颅定位器由左右拜塞、左眶点。,、指针或头部可调节托架组成记录装置一般用电视摄象机为了方便外出现场,也可用照,。使用像机用胶片记录经处理后再由电视摄象机输人到计算机图象系统计算一机图象系统可用!∀!或/Λ,一长城4微机配图象采集卡7图象处理子系统8个专用软件包保证实现测量功能。当系统,,初始化后摄象机记录的条纹图经图象卡接到监视器土在,、,监视器上可看到图象实时调整摄象机变焦镜的焦距及聚焦使图象大小适当清晰随后进行尺寸比例校准以获得精确的图象比例系数,接着
6、是采用光笔或鼠标确定所要测量的,、、、、,人体头面部各点的坐标位置如耳屏点鼻尖点眶下点鼻下点颊下点等点的坐标值并同时存人。,计算机在这些准备工作完成后图象采集卡把带有投影条纹的物体图象存储及进行相。位处理相位处理可以排除光源和物体表面反射不均匀的影响而得到用光强表示的相位分布·相位图。在输人计算高度所需要的参数后,计算机自动计算物体表面各。—,。点的高度数据这些数据可以用打印机输出也可以画出截面图在屏幕上或打印在纸上,,除此之外立体透视图和假彩色等值线图还可以显示在屏幕或打印输出它们可以更形象图Γ人体头面部立体视图
7、一‘、‘!∗一+%“−∀!∀∀#∃川∀%&∋%这#()川,金观昌等Μ自动三维度量学及在人体头面部测量中的应用。地表示物体的三维形状对人休头面,部的模型和活体进行了多次测量7保持眼耳平面在水平位置8测试数据、,,。可靠测量精度高7一般可达多8对颜面肤色没有特别要求不需涂粉表1列出了测试数据。图Γ为打印。机输出的面部立体透视图,Μ毫米8表人体头面部三维尺寸数据‘与水平面一致的高度差单位耳屏一眶下Ν耳屏一鼻下Ν耳屏一颁下Ν鼻高ΦΗ2呼ΦΦ。ΗΟΗΓ。Φ。ΟΟ。!Γ2!ΓΦ。。。‘Γ。。。斗卡尺测量ΗΦΦΦ
8、ΗΓΦ雌Ο,⋯苹Γ四、结论本文所提出的非接触式基于光学计算机图象自动三维形状测量系统被证明是一—,、,种理想的精确的三维物体形状7坐标8测量方法由于不需要参考物体测量十分方便对、。于重复性多次测量应用具有处理速度快成本低的优点在人体头面部测量应用巾表明是适用、,、的方便的特别在需要对大量的群体测量如各民族各年龄组人休测鼠和人体生。长发育规律等研究课题更具重要
