撰稿人：Cappasity 公司的 Konstantin Popov
Cappasity两年来一直在开发三维扫描技术。 今年我们将要发布一款面向采用了英特尔® 实感™ 摄像头的超极本™ 设备和平板电脑的扫描软件产品： Cappasity Easy 3D Scan*。 明年我们计划创建硬件和软件解决方案，来扫描人体和物体。
作为英特尔® 软件创新者，在英特尔® 团队的帮助下，我们受邀展示人体扫描系统的原型，而这比我们的计划大大提前。 我们的准备时间有限，但我们仍然决定接受挑战。 在本文中，我将解释我们如何针对 8 月 18-20 日在旧金山召开的 2015 年英特尔® 信息技术峰会，创建我们的演示。
我们的演示基于以前开发的技术，在单一扫描系统中组合了多项深度摄像头和 RGB 摄像头（已申请美国专利）。 一般概念如下：我们校准摄像头的位置、角度和光学属性。 这种校准使我们能够合并数据，用于随后的三维模型重建。 为了拍摄三维场景，我们可以将摄像头置于场景周围，围绕场景旋转摄像头，或在摄像头前旋转场景本身。
我们选择了英特尔® 实感™ 摄像头，因为我们相信它是针对我们 B2B 项目的最佳性价比解决方案。 目前，我们正在开发两款使用多种英特尔® 实感™ 摄像头的原型系统：一个采用多种三维摄像头的扫描装置，用于即时扫描；一个系统，用于全身人体扫描。
我们在 2015 年英特尔信息技术峰会上展示了两个原型。 人体扫描原型在为期三天的大会上的运行非常成功，对莅临我们展台的许多参观者进行了扫描。
现在让我们看看它是如何工作的。 我们将三款英特尔® 实感™ 摄像头连接到了一个垂直杆，以便底部摄像头对准脚部和小腿，中间的摄像头捕捉腿部和身体，最上面的摄像头拍摄头部和肩部。
每款摄像头均连接到一个不同的英特尔® NUC 计算机，所有计算机都与局域网相连。
由于这些摄像头安装在了固定杆上，我们使用旋转台来旋转被拍摄的人。 此旋转台很基本：一个 PLEXIGLAS* 垫、滚轮轴承和一个步进电机。 此旋转台通过英特尔® Edison开发板连接 PC；它通过 USB 端口接收命令。
我们还使用了一个简单的照明系统，以稳定照亮被拍摄人的前方。 未来，所有这些组件都将内建于单一设备中，但目前我们只是展示了该扫描系统的早期原型，因此我们需要使用商用组件装配一切。
我们的软件基于客户端-服务器架构运行，但服务器部件可在几乎任何现代 PC 上运行。 也就是说，任何执行我们计算的计算机均是我们系统中的一台“服务器”。 我们通常使用拥有英特尔® 高清显卡的普通超极本® 作为服务器。 这种服务器可发送记录命令到英特尔® NUC 计算机，再从计算机获取数据，然后分析并重建三维模型。
现在，让我们看看我们尝试解决的任务的一些特殊方面。 我们在 Cappasity 产品中使用的三维重建技术基于我们对 Kinect* Fusion算法的实施。 但是在这种情况下，我们的挑战要复杂得多：我们只有一个月的时间来创建算法，以重建多个来源的数据。 我们称之为“Multi-Fusion”。 在其当前状态下，此算法可将无限数量来源的数据合并到单一像素体中。 对于扫描人体，三个数据来源足矣。
校准是第一阶段。 Cappasity 软件允许成对校准设备。 从我们进行研发那年开始，我们便展开研究，着手为 2015 年英特尔信息技术峰会进行准备。 在短短几个星期，我们重写了校准程序，并在 Fusion 中实施了像素体支持。 以前，校准流程更多地涉及处理点云。 该系统只需在安装了摄像头后校准一次。 校准不超过 5 分钟。
然后我们必须拿出一种数据处理方法，经过一些研究后，我们选择进行后处理。 也就是说，首先我们记录下来自所有摄像头的数据，然后我们通过网络将数据上传到服务器，之后再开始重建流程。 所有摄像头可记录颜色和深度流。 因此，我们有完整的数据投入供进一步处理。 考虑到后处理算法在不断改善，这很方便，而且我们正在使用的那些算法是在召开 IDF 前的短短几天写完的。
相比英特尔® 实感™ 摄像头 (F200)，英特尔® 实感™ 摄像头（长距离 R200）采用黑色和复杂材料发挥更出色。 我们在追踪方面存在一些小问题。 然而最重要的一点是，此摄像头使我们能够在规定的范围内捕捉到图像。 我们优化了 Fusion 重建算法，以便 OpenCL* 即便在英特尔® 高清显卡 5500 及更高版上也能实现出色性能。 为了消除噪音，我们在组成单一网格后，使用了 Fusion 及额外的数据分割。
此外，我们已经完善了高分辨率纹理映射算法。 我们采用以下方法：我们以彩色摄像头的全分辨率捕捉图像，然后我们将此图像投影到网格。 我们不使用像素色彩，因为它会导致纹理质量降低。 投影方法非常复杂，难以实施，但它使我们能够同时使用内建和外部摄像头作为颜色源。 例如，我们正在开发的扫描设备使用 DSLR 摄像头运行，来获取高分辨率纹理，这对我们的电子商务客户非常重要。
然而，即便是采用 RGB 的内建英特尔® 实感™ 摄像头也可提供完美的色彩。 以下是映射纹理后的示例：
我们正在开发一种新算法，以消除纹理转换。 我们计划发布 Easy 3D Scan 软件产品，以加以完善。
我们看似简单的演示是基于复杂的代码，这使我们能够与价格超过 10 万美元的昂贵扫描系统相匹敌。 英特尔® 实感™ 摄像头经济实惠，将有助于他们彻底改变 B2B 市场。
以下是我们人体扫描系统的优势：
- 这是一款经济实惠的解决方案，它易于设置和操作。 只需按一下按钮即可。
- 小尺寸：该扫描系统可以放置在零售区、娱乐中心、医疗机构、娱乐场等地方。
- 三维模型的质量适合三维印刷和开发用于 AR/VR 应用的内容。
- 所得三维网格的精确度适合进行测量。
据我们了解，英特尔® 实感™ 摄像头的潜力尚未得到全面开发。 我们相信，在 CES 2016 展会上，我们将能够展示显著改进的产品。