专利名称：一种采用单照像机的三维人体测量方法
技术领域：
本发明属非接触式三维人体测量技术领域，特别是涉及一种采用单照像机的三维
人体测量方法。
背景技术：
近年来，随着计算机视觉图形学的发展，在非接触式三维人体上有很多的应用。中 国专利"人体三维结构数据自动测量系统"(CN1084374)中提供了一种人体三维结构数据 自动测量系统，该系统通过CCD摄像机及红外成像技术，结合滤光技术将人体图像摄取保 存，利用计算机图像处理技术将人体图像中的人体真实外形轮廓提取出来，然后对多幅人 体真实外形轮廓进行综合运算，得出需要的反映人体立体结构特征的三维数据。中国专 利"一种人体计测分析方法"(CN1596827)中，应用数码相机拍摄计测台上的人体外形，并 且把由计测台承载人旋转特定角度拍摄的图片输入计算机，在计算机测量分析软件中提 取外形轮廓，自动标定测量基准线，根据具体计测物体做手动调整；去除轮廓图中影响测 量结果的杂点，补足必要的轮廓线和辅助线，最后标定测量特征点，根据相应的特征点，测 量出人体高度、宽度、厚度、角度、围度等数据。中国专利"人体外形尺寸非接触式测量方 法及测量系统"(CN101228973)中，人体位于拍摄室内，通过图像生成器获得人体的二维图 像，图像处理器对该二维图像进行处理，生成人体的三维人体特征点，并最终通过该三维 人体特征点计算所需的人体体型数据。中国专利"用于服装设计的非接触式人体测量方 法"(CN101322589)先获取人体正测面数字图像，得到人体正面及侧面图像边缘，确定人体 测量特征点和线，计算对应于用于腹胀设计的人体高度和宽度测量数据，经BP神经网络仿 真得到用于服装设计的人体围度测量数据。而在《传感技术学报》2006年第2期"单目立体 视觉传感器的优化设计及精度分析" 一文中，为单目立体视觉传感器系统建立了透视成像 数学模型，分析了传感器的几何结构参数等对系统性能的影响并进行了精度计算，为立体 视觉传感器的优化设计提供了理论依据。综上所述，对现有非接触式人体测量技术而言，在 图像获取、处理及测量数据的获取等方面虽有所进步，仍显得复杂，尤其是图像获取方面， 或步骤繁琐成本过高，或精度欠缺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量设备简单、测量操作方便且成本低的 一种非接触式人体测量方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种采用单照像机的三维人体 测量方法，包括下例步骤 (1)在单照相机前加一组镜面组合系统与照相机一起构成单目视觉传感器，它可 同时在照相机左右平面上获得同一被测人体的正面和侧面图像； (2)将得到的人体的正面和侧面图像通过阈值分割、边缘检测图像处理得到人体 正侧面的轮廓；
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(3)确定人体正侧面的特征曲线位置，并计算出这些人体部位的宽度、厚度；
(4)用回归分析的方法进行三维曲线拟合获得人体各部位的围度数据。
所述的镜面组合系统由一个数码相机、第一组对称平面反射镜M1L、 M1R和第二 组对称平面反射镜M2L、M2R构成(请描述这些设备的位置关系)。由于本方法对角度的 特定要求，因此这些设备尺寸及位置关系有特定要求，具体如图1中，M1L、M1R为第一组镜 面，镜面分别朝外，相交于一条线上，M1R与水平线夹角及a = 45° ， M1L、M1R高为gl = g2(gl = dg2/(d+L) = &/3，为了制作方便，取& = g》，长为Ml = 0.7m(限制条件有效视
场，M1《^丄)；M2L、 M2R为第二组镜面，镜面向内分别面向M1L、 M1R。 M2R与水平线的夹 2
角即|3 =67.5° 。 M2L、M2R高为g2=1m (g2=2x~^-)，长为M2 = lm(限制条件有
(V2 +1.5)丄
效视场，M2/sin26. 5 = (L+d)/sin41) 。 M1R与M2R在水平线上的距离及L = lm(限制条件
为拍摄完整人时，虚镜头与人体的距离，.'.丄+^^ = | = ^^^，L= lm);相机与镜面
组合的距离d = 0. 5m(镜头与镜面允许的最大距离，限制条件为视场范围，d《(sinl8. 5/
sin26. 5)Ml， M1《^丄)。装置整体长宽高如图l中27， 25， 26，大小为II = 1. 4m， 2
(II > L+M2cos67. 5 = 1. 382) ;12 = lm(12 > M2sin67. 5 = 0. 923) ;13 = lm(13 = g2 = gl = 1) 所述的特征曲线包括后领围线，前领围线，肩峰线，上胸围线，胸围线，下胸围线，
腰围线，腹突线，臀围线，基线。
有益效果 本发明中反射镜的位置安装精度比多台摄像机的安装精度高，容易实现，在拍摄 时不需要昂贵的设备和复杂繁冗的步骤，测量操作方便，测量成本低；因此有着较大的实用 价值和推广前景。
图1是本发明的镜面组合结构图。图2是本发明的拍摄原理图；图中a :镜面M1R与水平线的夹角；13 :镜面M2R与水平线的夹角；9 :照相机张角的一半，即左右两个虚相机的拍照张角；L :镜面M1R，镜面M2R在前沿处之间的距离；d :相机镜头与第一组镜面交点间的距离；Y :光轴虚像与中心线的夹角；h0 :有效视场相对于第一组镜面的最近距离；Ah:有效视场的深度。图3是本发明的特征线获取图。图中l.平面反射镜M1L，2.平面反射镜M1R，3.平面反射镜M2L，4.平面反射镜M2R， 25装置宽，26装置高，27装置长。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 实施例1 如图l所示，为本发明的镜面组合结构图。1.平面反射镜M1L，2.平面反射镜M1R， 3.平面反射镜M2L，4.平面反射镜M2R。
1.正侧面图像获取 拍照时不要穿鞋，以便提高尺寸计算的准确程度。拍照时必须穿紧身衣，以突出躯 体的轮廓线；拍照时衣服颜色与背景颜色尽量为纯色，且两种色调反差要尽量大，比如黑衣 白墙、红衣黑墙等等；拍照时身体直立，正面两手离开体侧上举约45度角，站立位置为图2 中P2处的与中心线呈45度的椭圆位置。 如图2所示，本发明涉及的镜面组合的工作原理先设反射镜M1L、M1R的交点 为坐标系的原点，则照像机的投影中心O的坐标为(0， -d)，反射镜MlR所在直线方程为Z =tan a x， M2R所在直线方程为Z = tan P (x_L)，则0关于MIR对称点OR'的坐标为 (-dsin2 a ， dcos2 a ) 。 OR'关于M2R的对称点OR的坐标为(dsin2 ( P - a ) +2Lsin2 P ， -de os2(P _a )-Lsin2P ，贝U d，=卜dcos2(P - a )-Lsin2P卜d (1) B = 2[dsin2(e - a )+2Lsin2P ] (2) 关于有效视场的范围通过上图中相关参数与镜面系统结构参数间的几何关系可
求得 最近有效视场位置 h0 = (B/2tan Y)-d-d' (3)
其中Y = 2(P — a )。
深度方向有效视场范围
其中(p-兀/2-Y， e = arctan(Mlcosa/(d+Mlsina))，Ml为第一组镜面的长度。
由于照片要求同时呈现一个正面与一个侧面的图像，因此对角度等有了具体的要 求。被照人体站在视场内图示椭圆位置，以45。角侧对中心线，而两个虚光轴要垂直相交， 即要求Y为45度，S卩P-a为22. 5° 。
2.尺寸提取 在得到图像后首先对其进行图像分割及轮廓提取工作，对图像进行预处理，去除 了噪音，灰度处理，用迭代法算出其阈值，然后通过阈值分割图像，与其腐蚀后的图像做差 值，即得到了比较理想的轮廓图像。 根据现有技术中人体测量数据的统计结果并参照2008年最新修订的国标GBT
△h= (B/2) tan (cp+6) -hO-d-d，16160-2008《服装用人体测量的部位与方法》中描述得到人体特征曲线与身高的比例关系。 结合人体的这一特征规律，在提取出的人体轮廓上，在特征曲线所在的高度比例的小范围 里找到最合适的特征点并计算相应的人体尺寸。 上述的特征曲线参见附图3，它们分别是本实施例人体正侧面轮廓图像上确定的 特征曲线的示意图，后领围线(正)5、前领围线(正)6、肩峰线(正)7、上胸围线(正)8、 胸围线(正)9、下胸围线(正)10、腰围线(正)11、腹突线(正)12、臀围线(正)13、基线 (正)14、后领围线(侧)15、前领围线(侧)16、肩峰线(侧)17、上胸围线(侧)18、胸围线 (侧)19、下胸围线(侧)20、腰围线(侧)21、腹突线(侧)22、臀围线(侧)23、基线(侧)24 等数据在图像上获取。 对于不能直接从图像上获取的尺寸，如人体的围度尺寸等，则在图像上确定的相 应的宽度、厚度值后，通过数学模型回归分析其曲线函数后拟合出来。
权利要求
一种采用单照像机的三维人体测量方法，包括下例步骤(1)在单照相机前加一组镜面组合系统与照相机一起构成单目视觉传感器，它可同时在照相机左右平面上获得同一被测人体的正面和侧面图像；(2)将得到的人体的正面和侧面图像通过阈值分割、边缘检测图像处理得到人体正侧面的轮廓；(3)确定人体正侧面的特征曲线位置，并计算出这些人体部位的宽度、厚度；(4)用回归分析的方法进行三维曲线拟合获得人体各部位的围度数据。
2. 根据权利要求1所述的一种采用单照像机的三维人体测量方法，其特征是所述的 镜面组合系统由一个数码相机、第一组对称平面反射镜M1L、 M1R和第二组对称平面反射镜 M2L、 M2R构成；M1L、 M1R为第一组镜面，镜面分别朝外，相交于一条线上，M1R与水平线夹角 及a =45° ，M1L、M1R高为gl = &，其中gl = dg2/(d+L) = g2/3，且取g！ = gy长为Ml =0. 7m，M1《，_L ;M2L、 M2R为第二组镜面，镜面向内分别面向M1L、 M1R ;M2R与水平线的夹 2角即P =67.5° 。 M2L、M2R高为g2 = lm，g2=2x~^-，长为M2 = lm， M2/sin26. 5<formula>formula see original document page 2</formula>=(L+d)/sin41 ;M1R与M2R在水平线上的距离及L = lm，^/^ = 7 = ~71 ~;相机与镜面组合的距离d = 0. 5m，d《(sinl8. 5/sin26. 5)Ml，.RilH《^i:;装置整体长(27)，宽M1 2(25)，高(26)，大小为II = 1. 4m， II > L+M2cos67. 5 = 1. 382 ;12 = lm， 12 > M2sin67. 5 =0. 923 ;13 = lm， 13 = g2 = gl = 1。
3. 根据权利要求1所述的一种采用单照像机的三维人体测量方法，其特征是所述的特征曲线包括后领围线，前领围线，肩峰线，上胸围线，胸围线，下胸围线，腰围线，腹突线，
全文摘要
本发明涉及一种采用单照像机的三维人体测量方法，在单照相机前加一组镜面组合系统从而与照相机一起构成单目视觉传感器，它可同时在照相机左右平面上获得同一被测人体的正面和侧面图像，通过阈值分割、边缘检测等图像处理得到人体正侧面的轮廓；确定人体测量特征点及线，计算得到所需的人体部位宽度、厚度数据，并用回归分析的方法进行三维曲线的拟合。该方法设备简单，操作方便，测量成本低，具有较好的实用价值和推广前景。
文档编号A41H1/00GK101720992SQ20091019880
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者丁永生, 任立红, 方金, 郝矿荣 申请人:东华大学