CN108195336A - 物体三维外形的感测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物体三维外形的感测方法、装置及系统。该方法包括S1、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的所述柔性基材完整包夹，使所述柔性基材产生与所述被测物体三维外形相对应的形变；S2、通过传感器阵列采集所述柔性基材的形变，生成传感器感测数据；S3、根据所述传感器感测数据生成传感器阵列数据，得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。通过利用传感器阵列来采集柔性基材的形变，生成传感器感测数据；根据传感器感测数据生成传感器阵列数据，从而得到被测物体三维外形数据、运动状态数据或其组合，无需构建复杂的视觉系统和测量器具，具有度量简洁、快速的优点。

Description

物体三维外形的感测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及物体三维外形感测领域，尤其涉及一种物体三维外形的感测方法、装置及系统。

背景技术

在很多场合下，人们需要快速的得到一个物体的大致外形尺寸或一个物体在运动中的形态变化数据，方便人们快速判断物体的大小、形状，或对其运动形态变化的研究。例如，在农业方面进行的水果大小、形态的识别；在一些工业设计中，需要模拟或仿制某些物体时，往往需要测量物体的外形尺寸；或者，在一些美术设计中也需要知道物体的大致外形。另外在一些玩具、动漫、医学领域也能够产生一些很好的应用，如要提取老鼠在跑动中的动态变化数据，并且快速地以动画方式还原出来，目前还很难办到。

最传统的手段是通过尺子来量度，再构建物体的外形，这样的做法非常原始，而且耗时费力。当然，也有一些采用复杂的技术手段来测量，例如，通过构建双目定位系统，来拍摄物体，再通过软件分析，建立三维空间坐标，来构建物体的外形。然而，这种设备构建复杂，而且原始分析成本高，耗时长，不利于快速简洁的得到物体的大致外形或动态变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可简洁快速得到物体三维外形的感测方法、装置及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种物体三维外形的感测方法，包括以下步骤：

S1、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的所述柔性基材完整包夹，使所述柔性基材产生与所述被测物体三维外形相对应的形变；

S2、通过传感器阵列采集所述柔性基材的形变，生成传感器感测数据；

S3、根据所述传感器感测数据生成传感器阵列数据，进一步得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。

优选的，所述S3中所述传感器阵列数据包括传感器感测数据、每一传感器的传感器编号，以及放置或完整包夹在所述柔性基材上的传感器位置坐标。

优选的，所述传感器感测数据包括加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据，和/或，根据所述加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据计算后数据中的一种或其组合。

优选的，所述传感器阵列为磁传感器阵列；

所述柔性基材与所述磁传感器阵列相对的一侧表面设置有磁性材料层；

在所述步骤S2中，所述柔性基材的形变导致所述每一所述磁传感器与所述磁性材料层距离发生变化而感测磁场信号强度的变化，生成所述传感器感测数据。

优选的，所述传感器阵列为加速度传感器阵列；

在所述步骤S2中，通过每一加速度传感器感测所述柔性基材的形变，得到所述传感器感测数据；所述传感器感测数据包括每一所述加速度传感器的加速度值数据，以及由加速度数据计算得到的速度数据、位移数据、振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据。

优选的，所述步骤还包括：

S4：根据所述三维外形数据、运动状态数据或其组合产生与其相对应的动作。

优选的，所述动作包括：

通过动画以3D形式在平面或VR中显示和/或透过外部装置还原被测物体的外形和/或与外形相关的运动状态。

本发明还提供一种物体三维外形的感测装置，包括：

柔性基材，设定厚度，用于将被测三维物体放置于所述柔性基材上或被所述柔性基材完整包夹，产生与所述被测物体相对应的形变；

感测单元，包括一个或多个设置在所述柔性基材上或柔性基材内的传感器阵列，用于采集所述柔性基材的形变并生成传感器感测数据；所述传感器阵列包括若干传感器，每一所述传感器具有唯一的传感器编号和传感器位置坐标；

运算模块，根据所述传感器感测数据结合所述每个传感器编号及传感器位置坐标计算并生成传感器阵列数据，进一步运算后得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。

优选的，所述传感器阵列包括若干传感器，每一所述传感器具有唯一的传感器编号和传感器位置坐标；

所述运算模块根据所述传感器感测数据结合所述每个传感器编号及传感器位置坐标计算，以生成所述传感器阵列数据。

优选的，还包括：

发送模块，用于将所述被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合发送到外部接收装置；

所述发送模块为有线接口和/或无线发送模块。

优选的，所述传感器包括加速度传感器、陀螺仪、磁传感器，气压计中的任一种或多种的组合。

优选的，所述传感器为所述磁传感器，所述柔性基材与所述传感器阵列相对的一侧表面、内部或一定距离范围内设置有磁性材料层；

所述柔性基材的形变导致每一所述磁传感器与所述磁性材料层距离发生变化而感测磁场信号强度的变化，生成所述传感器感测数据。

优选的，所述传感器为加速度传感器，

通过每一加速度传感器感测所述柔性基材的形变，得到所述传感器感测数据；所述传感器感测数据包括每一所述加速度传感器的振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据；

根据每一所述振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据，结合对应所述加速度传感器的所述传感器编号及所述位置坐标运算得到所述传感器阵列数据。

本发明还提供一种物体三维外形的感测及还原系统，包括上述任一项所述的物体三维外形的感测装置和还原装置；

所述还原装置包括手机和/或与手机通讯的远距离动作还原装置；

所述系统通过所述的物体三维外形感测装置感测物体的三维外形，得到传感器阵列数据，再由所述传感器阵列数据到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，并发送到还原装置；

所述还原装置将接收到的所述测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合经过数据重建，或直接将接收到的所述外形数据和/或运动特征数据通过动画以3D形式在平面或VR中显示，和/或由显示终端将数据发送到动作还原装置，还原被测物体的外形和/或与外形相关的运动状态。

实施本发明具有以下有益效果：通过利用传感器阵列来采集柔性基材的形变，生成传感器感测数据；根据传感器感测数据生成传感器阵列数据，从而得到被测物体三维外形数据、运动状态数据或其组合，无需构建复杂的视觉系统和测量器具，具有度量简洁、快速的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明本发明的物体三维外形的感测方法的第一实施例的流程示意图；

图2是本发明物体三维外形的感测装置的第一实施例的示意框图；

图3是本发明物体三维外形的感测方法的第二实施例的流程示意图；

图4是本发明物体三维外形的感测装置的第二实施例的柔性基材结构的局部示意图；

图5是本发明物体三维外形的感测方法的第三实施例的流程示意图；

图6是本发明物体三维外形的感测装置的第三实施例的柔性基材结构的局部示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的物体三维外形的度量方法的第一实施例中，包括以下步骤：

S101、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的柔性基材完整包夹，使柔性基材产生与被测物体三维外形相对应的形变。其中，该柔性基材可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于被测物体放置在其上或者被完整包裹时，能够产生足够的形变，或在被测物离开时恢复原状。

S102、通过传感器阵列采集柔性基材的形变，生成传感器感测数据。其中，传感器阵列包括一个或多个设置在柔性基材上或柔性基材内的传感器矩阵。当被测物体放置于柔性基材上或被柔性基材完整包夹时，传感器阵列中的部分或所有传感器会随着柔性材料的形变而改变姿态，从而感受到对应的形变，如加速度传感器直线移动会产生直线加速度，并可以通过直线加速度计算出位移；如加速度传感器发生相对于地面的倾斜变化，由于有重力加速度预先作用，会让三轴加速度传感器各轴原来的重力加速度值发生分量变化，由于每个加速度传感器放置在硅胶等易变形又易于恢复的柔性材料上，因此能够贴合被测物体的外形，得到与被测物外形一致的传感器感测数据——加速度值。

该传感器矩阵包括加速度传感器、陀螺仪、磁传感器、气压计中的任一种或多种的组合，可以根据不同的需求，配置对应的组合，从而适应不同的用法、不同的度量的精度，产生不同的便捷性等，生成的传感器感测数据可以包括加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据，和/或，根据所述加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据计算后数据中的一种或其组合。例如，加速度值、加速度分量变化、以及由加速度计算得到的移动速度、位移、方向、角度变化、位移量大小等构成的能量变化强度或者说是振动值、变化周期、持续时间等等；又如传感器为磁传感器，利用磁传感器对磁性敏感的原理，一是感测地磁的变化，另一个是可以特意在柔性基材上与磁传感器阵列相对的一侧表面或内部设置磁性材料层，当有三维物体放置其上或被包裹其中时，由于传感器位置及姿态发生变化，导致磁传感器与磁性材料的距离和角度发生变化，而导致磁性强度发生改变，而产生传感器感测数据的变化，可以理解的是，不同的传感器组合有不同的应用，为了能更精确识别三维物体的外形，需要多种传感器组合，相互搭配，如加速度传感器和磁传感器配合可以实现包括水平面在内的三维方向感测，再增加陀螺仪感测旋转角度的变化数据，三种传感器感测的数据可以计算出传感器运动后的相对坐标及运动轨迹；单独利用气压计能够感测整个柔性材料所有感测面的气压变化，为识别三维物体外形及运动提供受力变化的数据。。

S103、根据传感器感测数据生成传感器阵列数据，进一步得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于传感器矩阵包括若干传感器，每一传感器具有唯一的传感器编号、和放置或完整包夹在柔性基材上或内部的传感器位置坐标，因此根据每一传感器的传感器感测数据及传感器编号、传感器位置坐标生成传感器阵列数据。

所有传感器感测数据和/或计算得到的数据，依据传感器编号及在柔性材料上的传感器位置坐标构成传感器阵列数据，这里的阵列数据是依据传感器在柔性基材上的实际位置排布而形成的一种数据序列。

由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

进一步的，本实施例还可以包括步骤S104、根据三维外形数据、运动状态数据或其组合产生与其相对应的动作。得到的三维外形数据、运动状态数据或其组合可以通过有线或无线方式发送到显示终端上面显示，或通过显示终端转发到另外一个外部装置，在显示终端上或外部装置上产生与其相对应的动作，可以理解的是显示终端可以包括手机、平板、VR、电视、电脑及其它任何智能显示设备。

动作包括在显示终端上直接通过动画以3D形式在平面或VR中显示和/或透过外部装置还原被测物体的外形、运动状态等。

可以理解的，当柔性基材大致为平板状时，被测物体放置到柔性基材时，柔性基材会产生凹陷形变，凹陷形变范围内的传感器采集形变信息，生成传感器阵列数据，传感器数据阵列中包含每一传感器的传感器编号和其传感器位置坐标，根据所有传感器在空间的位置坐标、位置的变化和姿态的改变，而得到被测物体的一个外形面的外形数据、运动状态数据或者两种数据的组合。

当柔性基材为包夹在被测物体的外围时，柔性基材产生与被测物体三维外形相对应的形变，柔性基材内的传感器可以采集到柔性基材的形变，生成传感传感器感测数据，再结合每一传感器的传感器编号和其传感器位置坐标得到传感器阵列数据，根据所有传感器在空间的位置坐标、位置的变化和姿态的改变，而得到被测物体的一个外形面的外形数据、运动状态数据或者既有外形数据又有运动状态数据。

当放置于柔性基材上或被柔性基材包夹的被测物体产生运动时，例如膨胀、收缩等，每个传感器还可以监测其运动特征数据，从而可以监测到被测物体的运动轨迹。

如图2所示，是本发明的物体三维外形的感测装置的第一实施例，包括柔性基材21、感测单元22、运算模块23、发送模块等，通过感测单元22来采集柔性基材21的形变，生成传感器原始数据，运算模块23经过运算生成传感器阵列数据；该传感器阵列数据中包含传感器原始数据和计算后得到的数据，以及每一传感器的编号，和放置或完整包夹在柔性基材上的传感器位置坐标。依据使用场所的不同选用部分或全部数据，再将同一时间的所有数据组合成一个网状外形数据，从而得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，从而得到被测物体一个外形面或整个外形所形成的外形数据和/或运动特征数据。

其中，该柔性基材21可以设定厚度，用于将被测三维物体放置于柔性基材21上或被柔性基材21完整包夹，产生与被测物体相对应的形变。其中，该柔性基材21可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于被测物体放置在其上，能够使得柔性基材21产生足够的形变，或者被柔性基材21完整包裹。

该感测单元22用于采集柔性基材21的形变信息并生成传感器感测数据，进一步由运算模块23生成传感器阵列数据，包括一个或多个设置在柔性基材21上或柔性基材21内的传感器矩阵。该传感器矩阵包括若干传感器，每一传感器具有唯一的传感器编号和放置或完整包夹在柔性基材21上的传感器位置坐标。该传感器矩阵包括加速度传感器、陀螺仪、磁传感器、气压计中的任一种或多种的组合，可以根据不同的需求，配置对应的组合，从而提高度量的精度、便捷性等。

当被测物体放置于柔性基材21上或被柔性基材21完整包夹时，感测单元22中的部分或所有传感器会随着柔性材料的形变而变化姿态，从而得到对应的形变信息，如加速度传感器直线移动会产生直线加速度，并可以通过直线加速度计算出位移；如加速度传感器发生相对于地面的倾斜变化，由于有重力加速度预先作用，会让三轴加速度传感器各轴原来的重力加速度值发生分量变化，由于每个加速度传感器放置在硅胶等易变形又易于恢复的柔性材料上，并且提前确定了在材料上的安放位置以及传感器编号，因此就能得到相对于柔性材料上某个参考点的相对坐标上每个传感器的传感器感测数据——加速度值。根据每一传感器的传感器感测数据结合传感器编号和传感器坐标生成传感器阵列数据。

其中，传感器阵列数据包括传感器感测数据、每一传感器的传感器编号，以及放置或完整包夹在柔性基材上的传感器位置坐标等。其中，传感器感测数据可以包括加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据，和/或，根据所述加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据计算后数据中的一种或其组合。

例如，加速度值、加速度分量变化、以及由加速度计算得到的移动速度、位移、方向、角度变化、位移量大小等构成的能量变化强度或者说是振动值、变化周期、持续时间等等；又如传感器为磁传感器，利用磁传感器对磁性敏感的原理，一是感测地磁的变化，另一个是可以特意在柔性基材上与磁传感器阵列相对的一侧表面或内部设置磁性材料层，当有三维物体放置其上或被包裹其中时，由于传感器位置发生变化，导致磁性强度发生改变，而产生传感器感测数据，可以理解的是，不同的传感器组合有不同的应用，为了能更精确识别三维物体的外形，需要多种传感器组合，相互搭配，如加速度传感器和磁传感器配合可以实现包括水平面在内的三维方向感测，或再增加陀螺仪，三种传感器感测的数据可以计算出传感器运动后的相对坐标及运动轨迹；单独利用气压计能够感测整个柔性材料所有感测面的气压变化，为识别三维物体外形及运动提供受力变化的数据。所有传感器感测数据和/或计算得到的数据，依据传感器编号及在柔性材料上的传感器位置坐标构成传感器阵列数据，这里的阵列数据是依据传感器在柔性基材上的实际位置排布而形成的一种数据序列。

该运算模块23再进一步根据传感器阵列数据或直接通过传感器感测数据以及传感器编号、传感器位置坐标运算得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

进一步的，该物体三维外形的感测装置还包括发送模块24，用于将被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合发送到外部接收装置。可以理解的，该发送模块24可以为有线接口和/或无线发送模块。

可以理解的，当柔性基材21大致为平板状时，被测物体放置到柔性基材21时，柔性基材21会产生凹陷形变，凹陷形变范围内的传感器采集形变信息，生成传感器阵列数据，传感器数据阵列中包含每一传感器的传感器编号和传感器位置坐标，根据所有传感器在空间的位置坐标、位置的变化和姿态的改变，而得到被测物体的一个外形面的外形数据、运动状态数据或者两种数据的组合。

当柔性基材21为包夹在被测物体的外围时，柔性基材21产生与被测物体三维外形相对应的形变，柔性基材21内的传感器可以采集到每一传感器的形变信息，生成传感器阵列数据；同样包含每一传感器的传感器编号和其传感器位置坐标，根据所有传感器在空间的位置坐标、位置的变化和姿态的改变，而得到被测物体的一个外形面的外形数据、运动状态数据或者两种数据的组合。

当放置于柔性基材21上或被柔性基材21包夹的被测物体产生运动时，例如膨胀、收缩等，每个传感器还可以监测其运动特征数据，从而可以监测到被测物体的运动轨迹。

在本发明的物体三维外形的感测及还原系统的一个实施例中，其包括如图2所示的物体三维外形的感测装置、以及还原装置。该还原装置包括手机和/或与手机通讯的远距离动作还原装置。

系统通过的物体三维外形感测装置感测物体的三维外形，得到传感器阵列数据，再由传感器阵列数据到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，并发送到还原装置；

还原装置将接收到的测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，经过数据重建，或直接将接收到的外形数据和/或运动特征数据通过动画以3D形式在平面或VR中显示，和/或由显示终端将数据发送到动作还原装置，还原被测物体的外形和/或与外形相关的运动状态。

得到的三维外形数据、运动状态数据或其组合可以通过有线或无线方式发送到显示终端上面显示，或通过显示终端转发到另外一个外部装置，在显示终端上或外部装置上产生与其相对应的动作，可以理解的是显示终端可以包括手机、平板、VR、电视、电脑及其它任何智能显示设备。

动作包括在显示终端上直接通过动画以3D形式在平面或VR中显示和/或透过外部装置还原被测物体的外形、运动状态等。

如图3所示，在本发明的物体三维外形的度量方法的第二实施例中，包括以下步骤：

S301、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的柔性基材完整包夹，使柔性基材产生与被测物体三维外形相对应的形变。在本实施例中，该柔性基材可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于平铺在水平面上，而被测物体放置在铺开的柔性基材上。利用被测物体的重力，使得与被测物体接触的柔性基材产生形变。

S302、通过每一磁传感器感测磁场信号强度的变化，得到对应位置的磁性材料距离变化，得到柔性基材的形变，生成传感器感测数据。在本实施例中，感测单元包括一个或多个设置在柔性基材上或柔性基材内的传感器矩阵。传感器矩阵包括若干成阵列设置的磁传感器；对应的，柔性基材与传感器阵列相对的一侧表面设置有磁性材料层。

当然，每一磁传感器具有唯一的传感器编号、和放置或完整包夹在柔性基材上的传感器位置坐标，这些传感器编号和传感器位置坐标可以事先设置在传感器中，也可以存储在运算单元所包含的存储器中。

进一步的，在磁传感器的外侧表面还可以设置一保护层，从而可以保护磁传感器，避免损坏。

当被测物体（例如书本、或其他具有一定形状、质量的物体）放置于柔性基材上时，在重力作用下，柔性基材产生形变，形成于被测物体相一致的凹坑。由于磁传感器距离磁性材料层的距离越近，产生的磁传感器信号强度就越大，通过检测磁传感器输出值的大小，就能够判断出凹坑的边界、深度，以及凹坑形成的过程中各信号的变化等形变信息，从而生成传感器阵列数据。

S303、根据传感器感测数据生成传感器阵列数据，进一步得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

在本发明的物体三维外形的感测装置的第二实施例中，包括柔性基材、感测单元、运算模块、发送模块等，通过感测单元来采集柔性基材的形变信息，生成传感器感测数据；并根据传感器感测数据结合传感器编号及位置坐标得到传感器阵列数据，运算后得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，从而得到被测物体一个外形面或整个外形所形成的外形数据和/或运动特征数据。

其中，如图4所示，该柔性基材41可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于平铺在水平面上，而被测物体放置在铺开的柔性基材41上。利用被测物体的重力，使得与被测物体接触的柔性基材41产生形变。

感测单元包括一个或多个设置在柔性基材41上或柔性基材41内的传感器矩阵。传感器矩阵包括若干成阵列设置的磁传感器43；对应的，柔性基材41与传感器阵列相对的一侧表面设置有磁性材料层42。如图4所示，该磁性材料层42位于柔性基材41与磁传感器43之间，可跟随柔性基材41产生形变，进而由磁传感器43感测磁场的变化。

可以理解的，磁传感器与磁性材料层的位置可以互换，即，磁性材料层与柔性基材相对设置，而磁传感器位于柔性基材的内侧，并随柔性基材形变时改变其与磁性材料之间的距离，进而由磁性传感器感测磁场的变化。进一步的，还可以在柔性基材与磁性材料层之间增加设置弹簧，以便于柔性基材可以在撤销重物后，能够更好的恢复到原来状态。

进一步的， 为了便于磁传感器43或磁性材料层的固定安装，还可以设置外壳，该外壳与柔性基材41相对设置。

当然，每一磁传感器43具有唯一的传感器编号、和放置或完整包夹在柔性基材41上的传感器位置坐标。

进一步的，在磁传感器43的外侧表面还可以设置一保护层，从而可以保护磁传感器43，避免损坏。

当被测物体（例如书本、或其他具有一定形状、质量的物体）放置于柔性基材41上时，在重力作用下，柔性基材41产生形变，形成于被测物体相一致的凹坑。由于磁传感器43距离磁性材料层42的距离越近，产生的磁传感器43信号强度就越大，通过检测磁传感器43输出值的大小，就能够判断出凹坑的边界、深度，以及凹坑形成的过程中柔性材料的形变，从而生成传感器感测数据。

该运算模块根据传感器感测数据及传感器编号和位置坐标，得到传感器阵列数据，运算后得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

在本发明的物体三维外形的感测及还原系统的第二实施例，可以采用第二实施例的感测装置，其他结构与第一实施例基本相同，故不赘述。

如图5所示，在本发明的物体三维外形的度量方法的第三实施例中，包括以下步骤：

S501、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的柔性基材完整包夹，使柔性基材产生与被测物体三维外形相对应的形变。在本实施例中，该柔性基材可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于平铺在水平面上，而被测物体放置在铺开的柔性基材上。利用被测物体的重力，使得与被测物体接触的柔性基材产生形变。柔性材料可以被其它弹性材料如弹簧支撑悬空，方便其变形不受影响。

S502、通过每一加速度传感器感测的加速度数据，感测到对应位置的形变，生成传感器感测数据。其中，传感器感测数据包括每一加速度传感器的加速度值数据，以及由加速度数据计算得到的速度数据、位移数据、振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据等。在本实施例中，感测单元包括一个或多个设置在柔性基材上或柔性基材内的传感器矩阵。传感器矩阵包括若干成阵列设置的加速度传感器；对应的，柔性基材上就不需要磁性材料层。

当然，每一加速度传感器具有唯一的传感器编号、和放置或完整包夹在柔性基材上的传感器位置坐标。

当被测物体（例如书本、或其他具有一定形状、质量的物体）放置于柔性基材上时，在重力作用下，柔性基材产生形变，形成于被测物体相一致的凹坑。通过检测各加速度传感器的加速度值大小，判断被测物体的接触面，检测被测物体的边沿加速度传感器对地重力的分量，判断被测物的边沿的下陷程度，通过检测柔性基材在形变过程中各加速度传感器信号的变化，从而生成传感器感测数据。

S503、根据传感器感测数据结合加速度传感器的编号及位置坐标，运算得到传感器阵列数据，得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

进一步的，本实施例还可以根据三维外形数据、运动状态数据或其组合产生与其相对应的动作。得到的三维外形数据、运动状态数据或其组合可以通过有线或无线方式发送到显示终端上面显示，或通过显示终端转发到另外一个外部装置，在显示终端上或外部装置上产生与其相对应的动作，可以理解的是显示终端可以包括手机、平板、VR、电视、电脑及其它任何智能显示设备。

动作包括在显示终端上直接通过动画以3D形式在平面或VR中显示和/或透过外部装置还原被测物体的外形、运动状态等。

在本发明的物体三维外形的感测装置的第三实施例中，包括柔性基材、感测单元、运算模块、发送模块等，通过感测单元来采集柔性基材的形变，生成传感器阵列数据；该传感器阵列数据可以包含传感器感测数据、每一传感器的传感器编号，以及放置或完整包夹在柔性基材上的传感器位置坐标。运算模块根据传感器阵列数据运算后得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，从而得到被测物体一个外形面或整个外形所形成的外形数据和/或运动特征数据。

其中，如图6所示，该柔性基材61可以采用海绵、硅胶、多层布料等各种柔性材质作为基础，以便于平铺在水平面上，而被测物体放置在铺开的柔性基材61上。利用被测物体的重力，使得与被测物体接触的柔性基材61产生形变。可以理解的，该柔性基材61也可以作为包裹被测物体的形状，在被测物体膨胀或收缩时，可以通过对应加速度传感器62感测形变信息。

感测单元包括一个或多个设置在柔性基材61上或柔性基材61内的传感器矩阵。传感器矩阵包括若干成阵列设置的加速度传感器62；对应的，柔性基材61上就不需要磁性材料层。

当然，每一加速度传感器62具有唯一的传感器编号、和放置或完整包夹在柔性基材61上的传感器位置坐标。

当被测物体（例如书本、或其他具有一定形状、质量的物体）放置于柔性基材61上时，在重力作用下，柔性基材61产生形变，形成于被测物体相一致的凹坑。通过检测各加速度传感器62的振动值大小，判断被测物体的接触面，检测被测物体的边沿加速度传感器62对地重力的分量，判断被测物的边沿的下陷程度，形成的过程中各信号的变化等形变信息，从而生成传感器感测数据。

该运算模块根据传感器感测数据得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。由于有感测前后的所有传感器感测数据，因此可以依据传感器感测数据，以及传感器位置排布，得到每个传感器之间的相对坐标，同一时间所有传感器点坐标一起构成被测物体的三维外形数据；当被测物体运动起来时，各传感器坐标及姿态发生变化，从而形成动态数据，这样既可以得到静态外形数据，也能得到运动状态数据。

在本发明的物体三维外形的感测及还原系统的第三实施例，可以采用第三实施例的感测装置，其他结构与第一实施例基本相同，故不赘述。

以下是本发明在其它领域的应用举例说明：

1、在农业的水果采摘、挑选方面，通过采用凹形的感测装置来感测水果的外形大小，判断是否采摘和分类，这里的应用就可以将感测装置和采摘、分类动作装置采用有线方式结合在一起，形成完整的智能采摘装置。

2、在动画领域，将活的动物直接放在通道型感测装置中，让小动物通过通道，来感测其运动过程，并将传感器感测数据运算得到的外形数据直接发送到电脑，在电脑上以动画形式展现，实现快速动画数据生成。

3、在医学上，可以让患者将手或其它部位放置到通道型感测装置中，进行伸展或收缩，并将运算得到的立体三维动作在电脑上得到展现，方便医生分析和资料保存。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，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，可以对上述技术特点进行自由组合，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，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种物体三维外形的感测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将被测物体放置于设定厚度的柔性基材上或被设定厚度的所述柔性基材完整包夹，使所述柔性基材产生与所述被测物体三维外形相对应的形变；

S2、通过传感器阵列采集所述柔性基材的形变，生成传感器感测数据；

S3、根据所述传感器感测数据生成传感器阵列数据，得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。

2.根据权利要求1所述的物体三维外形的感测方法，其特征在于，所述S3中所述传感器阵列数据包括传感器感测数据、每一传感器的传感器编号，以及放置或完整包夹在所述柔性基材上的传感器位置坐标。

3.根据权利要求2所述的物体三维外形的感测方法，其特征在于，所述传感器感测数据包括加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据，和/或，根据所述加速度传感器数据、陀螺仪感测数据、磁传感器感测数据、气压计感测数据计算后数据中的一种或其组合。

4.根据权利要求1所述的物体三维外形的感测方法，其特征在于，所述传感器阵列为磁传感器阵列；

所述柔性基材与所述磁传感器阵列相对的一侧表面设置有磁性材料层；

在所述步骤S2中，所述柔性基材的形变导致所述每一所述磁传感器与所述磁性材料层距离发生变化而感测磁场信号强度的变化，生成所述传感器感测数据。

5.根据权利要求1所述的物体三维外形的感测方法，其特征在于，所述传感器阵列为加速度传感器阵列；

在所述步骤S2中，通过每一加速度传感器感测所述柔性基材的形变，得到所述传感器感测数据；所述传感器感测数据包括每一所述加速度传感器的加速度值数据，以及由加速度数据计算得到的速度数据、位移数据、振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据。

6.根据权利要求1-5任一项所述的物体外形的感测方法，其特征在于，所述步骤还包括：

S4：根据所述三维外形数据、运动状态数据或其组合产生与其相对应的动作。

7.根据权利要求6所述的物体外形的感测方法，其特征在于，所述动作包括：

通过动画以3D形式在平面或VR中显示和/或透过外部装置还原被测物体的外形和/或与外形相关的运动状态。

8.一种物体三维外形的感测装置，其特征在于，包括：

柔性基材，设定厚度，用于将被测三维物体放置于所述柔性基材上或被所述柔性基材完整包夹，产生与所述被测物体相对应的形变；

感测单元，包括一个或多个设置在所述柔性基材上或柔性基材内的传感器阵列，用于采集所述柔性基材的形变并生成传感器感测数据；

运算模块，根据所述传感器感测数据生成传感器阵列数据，运算后得到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合。

9.根据权利要求8所述的物体三维外形的感测装置，其特征在于，所述传感器阵列包括若干传感器，每一所述传感器具有唯一的传感器编号和传感器位置坐标；

所述运算模块根据所述传感器感测数据结合所述每个传感器编号及传感器位置坐标计算，以生成所述传感器阵列数据。

10.根据权利要求8所述的物体三维外形的感测装置，其特征在于，还包括：

发送模块，用于将所述被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合发送到外部接收装置；

所述发送模块为有线接口和/或无线发送模块。

11.根据权利要求9所述的物体三维外形的感测装置，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器、陀螺仪、磁传感器，气压计中的任一种或多种。

12.根据权利要求11所述的物体三维外形的感测装置，其特征在于，所述传感器为所述磁传感器，所述柔性基材与所述传感器阵列相对的一侧表面、内部或一定距离范围内设置有磁性材料层；

所述柔性基材的形变导致每一所述磁传感器与所述磁性材料层距离发生变化而感测磁场信号强度的变化，生成所述传感器感测数据。

13.根据权利要求11所述的物体三维外形的感测装置，其特征在于，所述传感器为加速度传感器，

通过每一加速度传感器感测所述柔性基材的形变，得到所述传感器感测数据；所述传感器感测数据包括每一所述加速度传感器的振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据；

根据每一所述振动值大小数据、和/或加速度的重力分量数据，结合对应所述加速度传感器的所述传感器编号及所述位置坐标运算得到所述传感器阵列数据。

14.一种物体三维外形的感测及还原系统，其特征在于，包括如权利要求8-13任一项所述的物体三维外形的感测装置和还原装置；

所述还原装置包括手机和/或与手机通讯的远距离动作还原装置；

所述系统通过所述的物体三维外形感测装置感测物体的三维外形，得到传感器阵列数据，再由所述传感器阵列数据到被测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合，并发送到还原装置；

所述还原装置将接收到的所述测物体的三维外形数据、运动状态数据或其组合经过数据重建，或直接将接收到的所述外形数据和/或运动特征数据通过动画以3D形式在平面或VR中显示，和/或由显示终端将数据发送到动作还原装置，还原被测物体的外形和/或与外形相关的运动状态。