基于RK3399平臺的3D人臉建模設計與實(shí)現

近幾年，醫美行業(yè)迅猛發(fā)展，但目前存在獲客成本高、轉化率低、潛在客戶(hù)整形前顧慮較多等痛點(diǎn)，因此基于行業(yè)現狀以及發(fā)展前景，開(kāi)發(fā)一款基于人臉高精度掃描，得到客戶(hù)面部數字化彩色三維高還原人臉模型，通過(guò)對模型進(jìn)行面部特征分析，并按客戶(hù)需求進(jìn)行預整形并呈現最終效果的一體解決方案，才能很好地滿(mǎn)足消費者的需求，帶來(lái)更好的應用體驗，占領(lǐng)魔鏡產(chǎn)品的中高端市場(chǎng)，提高用戶(hù)黏性，提升品牌認知度。本項目采用瑞芯微新一代應用處理器方案RK3399+DSP 芯片RK1608，RK3399 芯片是一款低功耗、高性能的處理器，集成雙核Cortex-A72+ 四核Cortex-A53 CPU，集成ARM NEON 技術(shù)，可增強較多的多媒體應用體驗。另外集成高性能Mali-T860 MP4 GPU，嵌入式3DGPU 使RK3399 完全兼容OpenGL ES1.1/2.0/3.0/3.1、OpenCL 和DirectX 11.1，并且帶有MMU 的專(zhuān)用二維引擎將最大限度地提高顯示性能并提供非常平穩的操作。RK1608 用于對MIPI CSI 信號進(jìn)行DSP 加速等預處理。方案支持各主流的多媒體解碼、USB3.0、SD3.0、TYPE C 信源輸入；視頻解碼支持H.264/H.265/VP9 等，支持H.264/MVC/VP8 1080P@30Hz 視頻編碼，同時(shí)可支持多屏異顯。采用RTK 的codec ALC5616，功放采用ESMT 的模擬功放ESMT52050，同時(shí)該項目還具有網(wǎng)絡(luò )、多路USB、串口、RS232 接口等功能，完全滿(mǎn)足醫美行業(yè)需要的各種性能要求，使產(chǎn)品具備強勁的競爭力。

1 3D人臉建模硬件設計

1.1 硬件系統架構

本項目采用瑞芯微的RK3399+RK1608 集成方案，在核心處理模塊，RK3399 需要將3D CAMERA 采集的USB 數據解碼后再編碼成MIPI DSI 信號發(fā)送到RK1608,2D 攝像頭直接將MIPI CSI 信號送入RK1608,經(jīng)RK1608 做DSP 加速以及預處理后送入RK3399 做ISP 處理，此時(shí)需要通過(guò)HDMI OUT 轉LVDS 進(jìn)行屏顯。方案同時(shí)兼容3 個(gè)2D 攝像頭輸入設計，可擴展性極強。在信號輸入部分，由于芯片內部沒(méi)有集成PHY，網(wǎng)絡(luò )信號MDI/MDIX 經(jīng)PHY 芯片轉換成RMII 信號送入主芯片處理。3G/4G 信號需經(jīng)模塊轉換成USB 信號送入主芯片。SD 以及TYPEC 信號直接送入主芯片處理。USB 信號因兼容設計，部分經(jīng)過(guò)HUB 后送入主芯片。在信號輸出部分，本方案兼容兩路屏輸出（LVDS+EDP），支持雙屏異顯或者同顯，支持HDMI OUT；音頻信號，因RK3399 芯片接口只有I2S 輸出，需要外接CODEC芯片進(jìn)行轉換成模擬音頻信號，為兼容大功率要求，模擬音頻信號送入功放進(jìn)行放大后輸出，另外耳機以及MIC 均由codec 芯片進(jìn)行處理。系統框圖如圖1 所示。

圖1 RK3399系統框圖

1.2 系統電源框圖

系統采用單12 V 供電，通過(guò)PMIC RK808-D 產(chǎn)生核心系統部分供電，通過(guò)其他DCDC/LDO 產(chǎn)生其他部分供電，如SY837/SY838/SY8120 系列IC 等，TYPE C供電需要考慮外部3D 攝像頭瞬間抽電需求，因此預留單獨DCDC 供電給TYPE C 接口。整體系統電源框圖如圖2 所示。

1.3 核心攝像頭選型以及設計要素

本方案采用intel 3D 攝像頭+12MPFF 2D camera（sony IMX378），1 200萬(wàn)像素高清拍攝，100 萬(wàn)像素紋理貼圖，3 萬(wàn)深度信息，完美呈現人臉細節，實(shí)現3D 精準建模。因RK3399 自帶ISP 處理，支持MIPI CSI 信號輸入，因此2D 攝像頭采用MIPI 接口接入到RK3399，考慮到整機尺寸較大，2D 攝像頭走線(xiàn)較長(cháng)，約360 mm，而MIPICSI信號因信號幅度低，容易受干擾，業(yè)內普遍建議線(xiàn)材長(cháng)度不能長(cháng)于70mm。同時(shí)該攝像頭Sensor 功耗較大，對于MIPI 走線(xiàn)（軟FPC 銅線(xiàn)）要求非常高。因此我們對線(xiàn)材進(jìn)行了優(yōu)化，包括信號走線(xiàn)阻抗控制，供電走線(xiàn)線(xiàn)寬以及銅厚處理等措施確保2D 攝像頭信號質(zhì)量，考慮到人臉建模過(guò)程中的用戶(hù)體驗感，我們設計2D 攝像頭的焦距在45 cm 左右。

3D 結構光模組采用TYPE C 接口，因此RK3399 主板同樣采取TYPE C 接口以保證線(xiàn)材的通用性，支持正反插設計，支持固定電壓供電。在結構設計上，需要保證3D 結構光模組與2D 攝像頭的相對位置固定，并且3D結構光模組的視角范圍要小于2D 攝像頭以確保3D結構光的貼圖數據完整。

2 3D人臉建模軟件設計

2.1 軟件系統架構

軟件系統采用安卓8.1，自主開(kāi)發(fā)醫美整形APP，主要核心是將Camera 經(jīng)過(guò)RK1608 處理后的數據通過(guò)3D 建模算法形成3D 人臉模型。通過(guò)人臉模型可以進(jìn)行人臉美學(xué)分析、整形模擬。其次我們也可以導入客制化的AI 肌膚檢測SDK，實(shí)現肌膚檢測功能，并可推薦相關(guān)產(chǎn)品。除了整形模擬、人臉美學(xué)分析、AI 肌膚檢測，我們還自研商城模塊，可根據人臉?lè )治鼋Y果，智能推薦醫美商品，并可后臺配置，在線(xiàn)升級等功能。軟件系統架構如圖3 所示。

圖3 軟件系統架構

2.2 3D建模軟件流程圖

設備開(kāi)機后，系統先進(jìn)行初始化以及自檢，正常后直接進(jìn)入3D 建模APP，此時(shí)2D、3D 攝像頭開(kāi)啟，系統通過(guò)2D 攝像頭生成的預覽流實(shí)時(shí)偵測是否有人臉處于合適位置。當系統檢測到人臉處于合適位置時(shí)，提示用戶(hù)可以開(kāi)始建模，用戶(hù)點(diǎn)擊確認后，系統打開(kāi)補光燈，同時(shí)開(kāi)始掃描用戶(hù)人臉數據，采樣頻率為30 Hz，待掃描完成后系統會(huì )將精確的2D/3D 數據進(jìn)行貼圖，生成人臉3D 數據模型，接下來(lái)用戶(hù)就可以根據3D 模型做整形模擬分析等。流程圖如下圖4 所示。

圖4 3D建模軟件流程

3 結束語(yǔ)

隨著(zhù)大家對更高生活品質(zhì)的要求，醫美市場(chǎng)前景非常廣闊，本文簡(jiǎn)要介紹了醫美魔鏡的市場(chǎng)現狀以及行業(yè)痛點(diǎn)，詳細闡述了通過(guò)RK3399 平臺開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現3D 人臉建模設計的設計流程以及注意要素，對后續其他品類(lèi)醫美魔鏡開(kāi)發(fā)具備一定借鑒意義。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年6月期）