一种基于视频处理的人体身高测量方法
【专利说明】一种基于视频处理的人体身高测量方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机视觉测量领域，特别是涉及一种基于视频处理的人体身高测量 方法。 【【背景技术】】
[0002] 身高信息是人体特征的重要组成部分，在医疗体检，安防，行人识别等领域有着重 大的应用价值。传统的身高信息获取方式，需要待测人体站立在固定位置，利用接触式身高 测量装置进行量测身高，这种方法虽然具有较高的精度，但却具有较低的效率，而且在安防 领域中，不可能用此法获取嫌疑人的身高特征。
[0003] 当然，随着科技的发展，出现了不少新的测量方法，包括利用超声波探测仪对人体 身高进行测量，还有利用测距仪以及光学成像原理获取人体身高等。
[0004] 上述方法相对于传统测量方法虽然有所改进，但都需要特殊的硬件，包括超声波 探测仪，红外测距仪，深度传感器等予以支持，成本较高，难以推广。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的在于克服上述【背景技术】的不足，提供一种基于视频处理的人体身高 测量方法，通过图像处理算法获取人体特征点，并利用投影变换比例关系不变原理和三角 形相似原理计算出人体的身高，该方法为非接触式测量方法，无需特殊硬件支持，无需待测 人体保持固定姿势长时间等待，实时性较强。
[0006] 本发明公开了一种基于视频处理的身高测量方法，包括：
[0007] 在相机视野范围内设置含有三条水平参考线的参照面，三条参考线距离地面的距 离分别是，相机距离地面高度为匕，拍摄参考线图像并获取参考线在成像平面中的 像素 y坐标分别为χ2、χ3;
[0008] 获取成像平面中人体最高点以及最低点所在的像素 y坐标，分别记为t，b ;
[0009] 依据投影中比例关系不变原理计算出人体在参考面上的投影高度hT,和hB,，再利 用三角形相似原理计算出实际人体身高H。
[0010] 优选地，所述方法还包括：
[0011] 运用投影中比例关系不变原理计算出的人体最高点在参考面上的投影点距离地 面hT，由以下公式得到：
[0013] 其中，t表示人体在图像中的最高点y坐标，Xl，x2, x3分别表示图像中三条水平参 考线的像素 y坐标，hi，h2, h3分别表示三条水平参考线实际距离地面的高度。
[0014] 类似的，人体最低点在参考面上的投影点距离地面hB，由下述公式得到：
[0016] 利用相似原理计算出的实际人体身高Η由以下公式得到：
[0018] 其中，1^和h Β，分别表示人体最高点和最低点在参考面上的投影点距离地面的高 度，当投影点在地面之上时为正方向，he表示相机距离地面的高度。
[0019] 在上述方法中，相机的镜头光轴与竖直方向的夹角不影响身高测量的准确性，上 述身高计算公式无需修正。
[0020] 在上述方法中，人体可位于相机与参考面之间，亦可位于参考面之后，只要人体完 整位于相机视野范围即可；在计算hTjPhB，时，应将这两个量看做有正负方向的量，假定地 面之上为正方向，那么当人体位于相机与参考面之间时，人体的最高和最低点在参考面上 的投影点分别位于地面之上和地面之下，所得hr为正，hB，为负；当人体位于参考面之后时， 人体的最高点和最低点在参考面上的投影点均位于地面之上，此时所得的hT4PhB，均为正。
[0021] 在上述方法中，参考面的作用在于确定投影参数以及计算人体在其上的投影高 度，而与参考面相关的常量只有摄像机与参考面的距离以及镜头光轴与参考面的交点。所 以只要确定了摄像机的位置和摄像机与参考面的距离（此距离固定但可为未知量），就相 当于确定了参考面的空间位置。故而参考面的选择并非必须是现实中真实存在的竖直面， 它完全可以是想象中的平面，但参考线必须真实存在，在标定完成（得到参考线在图像中 的像素 y坐标）后可撤销。
[0022] 在上述方法中，所述相机为普通相机或普通摄像机。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0024] 本发明为非接触式视觉测量，易于实现，无需待测人体以固定姿势站立较长时间， 处理灵活，实时性好；所需硬件仅仅是普通相机或摄像机，无需红外测距仪，超声探测器，深 度传感器等特殊硬件支持，成本低廉，具有良好的隐蔽性，适合安防领域对人体身高信息的 获取。 【【附图说明】】
[0025] 图la是摄像机针孔模型示意图
[0026] 图lb是使用虚拟像面的针孔模型示意图
[0027] 图2是本发明实施例所用到的投影变换比例关系不变原理图；
[0028] 图3是本发明实施例场景模型的示意图；
[0029] 图4是本发明实施例基于视频处理的身高测量方法的方法流程图；
[0030] 图5a是本发明实施例一种场景模型的正视图；
[0031] 图5b是本发明实施例另一种场景模型的正视图；
[0032] 图6是本发明实施例相机镜头上下转动引起的场景模型变动示意图。 【【具体实施方式】】
[0033] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0034] 图la是摄像机针孔模型示意图，在摄像机模型中，针孔成像模型是适合于计算机 视觉应用的一个近似。针孔摄像机完成中心投影，即任何点P在图像中的投影位置P，为焦 心〇与P点的连线0P与图像平面的交点。
[0035] 图lb使用虚拟像面的针孔模型示意图，在实际中物体距离焦心的长度一般都会 远大于焦距。所以在实际图像平面关于焦平面对称的位置上设置一个虚拟图象平面。并且 把图像平面上的点经焦心作中心对称映射到这个虚拟平面上。
[0036] 图2是本发明实施例所用到的投影变换比例关系不变原理图；
[0037] 对于投影变换中点（A，B，C，D)和点（A'，B'，C'，D'）存在关系R(A，B，C，D)= R(A，，B，，C，，D，），即
[0039]图3是本发明实施例场景t旲型的不意图，CE表不尚度为1\的摄像机，TB表不人体， 灰色面表示地面，与灰色面垂直的白色面表示参考面，该参考面包含了三条与地面平行且 已知距离地面高度的水平参考线，其距离地面的高度分别为匕，h2, h3, Τ'，B'分别表示人体 ΤΒ在参考面上的投影，ΧρΧ2，Χ3表示Τ'Β'与三条参考线的交点。位于CE和ΤΒ之间的是成 像平面，t，b分别表示人体ΤΒ在成像平面上的端点像素值，Xl，χ2, χ3表示Τ' Β'与三条参考 线的交点^&在成像平面上的像素高度坐标。不难看出，参考面上的点（1''，父1，&，&) 与图像中的点（t，Xl，x2，x3)满足上述比例关系，即
[0041] 由此计算出hT，（人体最高点在参考面上的投影点）的实际高度，同样，h B，（人体最 低点在参考面上的投影点）也可由此法得出。
[0042] 身高Η可以通过点Τ'和B'的高度以及交点（即XpXyXj的投影计算出来，其过 程如下所述：
[0045] 其中，ΤΒ = H，表示人的身高；CE = he，表示相机的高度，经手动测量得到；FB' = -hB，，FT' =hr以及T'B' =hr-hB，，由于B'点位于地面以下，所以此处hB，为负值，整理 以上公式可得人体身高Η表示为
[0047] 图4是本发明实施例基于视频处理的身高测量方法的方法流程图，所述方法包括 以下步骤：
[0048] 步骤1，标定参考线以获得投影参数。
[0049] 在该步骤中，首先固定相机保证正常人体可完全进入视野