非接觸人體測量技術中圖像處理設計

1、分類號_ 密級_ UDC _ 學號 畢業(yè)設計（論文） 論文題目非接觸人體測量技術中圖像處理設計 thesis Topic TheThe contactcontact ofof imageimage processingprocessing technologytechnology bodybody measurementsmeasurements 2010 年 6 月 10 日 學 生 姓名 所 在 院 系輕紡工程與美術學院紡織服裝系 專 業(yè) 班 級機械 0801 班 導師姓名 職稱 編號： 畢業(yè)設計（論文）答辯許可證 輕紡工程與美術學院 紡織與服裝系 機械設計制造極其自動化專業(yè)陳 濤學生所編

2、寫的畢業(yè)設計(論文) 61 頁，字數 23874 ，符合畢業(yè)設計(論文) 大綱的要求。 經審查：該生已學完教學計劃規(guī)定的全部課程，成績合格，畢業(yè)設計 電子文檔最后一稿已交，準予參加畢業(yè)設計（論文）答辯。 相 關 材 料 材 料 名 稱數量 畢業(yè)設計（論文）1 冊 畢業(yè)論文縮寫1 冊 實習日記1 冊 答辯匯報稿1 份 畢業(yè)設計（論文）電子版（最后一稿磁盤文件）1 套 指導教師： （簽名） 教研室主任： （簽名） 系 主 任： （簽名） 院 長： （簽名） 2010 年 6 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 畢業(yè)設計（論文）題目： 非接觸人體測量技術中圖像處理設計 畢業(yè)設計（論文）要求及原始數據（資

3、料）畢業(yè)設計（論文）要求及原始數據（資料）： 1.1 設計要求 在非接觸人體測量硬件部分得出的圖像的前提下，通過基于深度優(yōu)先遍歷的Roberts算子 從而完成邊緣識別，再通過圖像邊緣像素點間距轉換為實際參數。 原始數據（資料） 第一階段：畢業(yè)設計準備階段 1.基本了解非接觸人體測量系統(tǒng)的工作原理及硬件構成。 2. 將圖像處理設計分為三個設計階段。 第二階段：擬定方案并進行設計 1. 大學計劃網站應用方案板塊相關方案 2. 實驗指導書下冊 第三階段: 軟件調試階段 第四階段：畢業(yè)設計論文縮寫 學生需向老師提交以下資料： 1.畢業(yè)設計論文 2.畢業(yè)（設計）論文全部電子文檔，文件名格式： 畢業(yè)設計（

4、論文）主要內容： 一、硬件部分簡介 二、軟件部分設計 1、 圖的定義及數據存儲結構 2、 圖的優(yōu)先遍歷設計部分 3、 基于優(yōu)先遍歷的邊緣識別部分、 4、 像素點間距與實際參數間轉換 學生應交出的設計文件（論文）： 1.畢業(yè)設計（論文） 1 冊 2.畢業(yè)論文縮寫 1 冊 3.實習報告 1 冊 4.答辯匯報稿 1 份 5.畢業(yè)（設計）論文全部電子文檔（最后一稿） ，文件名格式： 專業(yè)姓名：論文題目 專業(yè)姓名：論文縮寫 主要參考文獻（資料）：主要參考文獻（資料）： 1 翟文斌基于圖像處理的人體測量D吉林大學2006-6 2 李昕，陳堅.基于 MATLAB 的數字圖像處理.電腦知識與技術 Vol.5,

5、No.8,March 2009,pp.1979-1981 3 周亞羅,潘曉娣等.基于圖像處理的輪廓提取方法應用.唐山學院學報.第 22 卷第 6 期 2009 年 11 月 7274 4 王玉秀非接觸式人體測量系統(tǒng)的研究一圖像處理、人體圍度曲線分析與計算D天津工業(yè) 大學2003 5 馬 瑾,陳立潮等.輪廓跟蹤與邊沿檢測的圖像自動識別.中北大學學報(自然科學版) 2006 年 第 27 卷第 5 期 432435 6 王利輝.小波變換在圖像邊緣檢測中的應用天津工程師范學院學報第 17 卷第 1 期 2007 年 3 月 1720 7 SPCE3200 精簡開發(fā)板eCos 平臺篇（多媒體實驗）.凌

6、陽科技實驗指導書 V1.0 2008-10- 28 1520 8 劉正東,王穎等.服裝人臺建模中的視覺圖像人體輪廓細化提取.計算機工程與應用 2007,43(16) 246248 9 陳冠楠,楊坤濤等,基于深度優(yōu)先遍歷的圖像邊緣檢測方法.應用光學.第 29 卷第 1 期 2008 年 1 月 1417 10 姚紅革,杜亞勤等.基于小波分析和 BP 神經網絡的圖像特征提取.西安工業(yè)大學 學報.第 28 卷第 6 期 2008 年 12 月 568570 11 張進秋，李幗.圖像像素距離與空間距離變換公式的求解.軟件導刊.第 8 卷%第 12 期 2009 年 12 月 179180 專業(yè)班級 機

7、械設計制造及其自動化 0801 學生姓名 陳濤 要求設計（論文）工作起止日期： 2010.03.212010.06.14 指 導 教 師 簽字 日期 教研室主任審查簽 字 日期 系 主 任 批 準 簽字 日期 中文摘要中文摘要 非接觸人體測量技術中圖像處理設計非接觸人體測量技術中圖像處理設計 -輕紡工程與美術學院-紡織服裝工程系-機械設計制造及其自動化專業(yè)- -0801 班- 摘要摘要 該非接觸式人體測量技術是指基于凌陽單片機中圖像處理模塊 Eagle 而設計的一種 非接觸式人體測量技術，包括測量方案設計、圖像獲取、圖像邊緣識別、由圖像求得實 物實際關鍵參數，并利用 MATLAB 軟件得以圖像

8、處理，從而使得人體測量比傳統(tǒng)測量簡單 方便、精確可靠、比現(xiàn)代三維立體掃描測量節(jié)省成本，更適用于現(xiàn)實生活很多場合。本 論文重在設計該技術中的圖像處理部分，包括基于深度優(yōu)先遍歷的圖像邊緣識別以及由 圖像求的實物實際關鍵參數兩部分。 關鍵字關鍵字人體測量；深度優(yōu)先遍歷；圖像邊緣識別；關鍵參數獲取 英文摘要英文摘要 TheThe contactcontact ofof imageimage processingprocessing technologytechnology bodybody measurementsmeasurements Abstract: The non-contact measu

9、rement technology refers to the human based on image processing module of sunplus microcontroller Eagle and design a non-contact measurement technique, including the human body measure scheme design, image acquisition, image edge detection, and obtained by image objects, and the actual key parameter

10、s of MATLAB software to image processing, which makes human body measure than traditional measurement is simple and convenient, reliable, accurate than modern three-dimensional scan measuring cost saving, more applicable in real life on many occasions. This paper focuses on the design of the technol

11、ogy of image processing, including traverse the priority based on depth of image edge recognition by the image of objects and the actual key parameters of two parts. Keywords: Human body measurements； Depth-first traversal； Image edge detection； The key parameters 、 目目 錄錄 扉頁扉頁 畢業(yè)設計（論文）答辯許可證 畢業(yè)設計（論文）

12、任務書1 頁第 3 頁 中文摘要 英文摘要 文獻綜述 1 一、引言 1 二、人體測量技術的發(fā)展.1 三、人體測量學的應用 2 四、非接觸人體測量技術的現(xiàn)狀4 五、人體測量技術的發(fā)展前景4 六、研究圖像處理中尺寸自動獲得的目的和意義5 專題正文部分8 第一章引言8 第二章硬件設計8 第三章圖像設計設計 10 一.圖的定義及存儲結構10 二.圖的優(yōu)先遍歷12 三.圖像的邊緣識別14 四.基于深度優(yōu)先遍歷的 Roberts 邊緣檢測方法19 五.人體測量實際參數獲取25 中英文資料翻譯27. 致謝32 參考文獻 33 論文縮寫34 文文 獻獻 綜綜 述述 學 院：輕紡工程與美術學院 系 別：紡織服裝

13、 專業(yè)班級：機械 0801 姓 名：陳濤 指導教師：康莉 一、一、 引言引言 人體測量是通過測量人體各部位的尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上 的差別,用從而為工業(yè)設計 、人機工醫(yī)學等提供人體基礎多個大規(guī)模的人體測量其中 歐美國家占了大部分,亞洲國家約有而日本占了一半以上 。如CASER在美國 、荷蘭 、 意大利HQL協(xié)會提出了人體測量和增進人類福址計劃，英國3D電在網上開展了三維人體 數據方面的商務活動。非接觸式人體測量技術是人體測量技術的計算機化，是數字化 信息技術帶來的又一項高科技產品。它不用接觸人體，利用圖像、光和波的形式完成 測量。其用途是多方面的，如服裝設計所需的體型描述、人

14、體輪廓尺寸的測量、運動 人體學研究、人體工效學應用等。隨著時代發(fā)展和社會進步,人體測量技術必將在人類 科學發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。 二、人體測量技術的發(fā)展人體測量技術的發(fā)展 1、人體數據測量技人的作業(yè)狀態(tài)一般有靜態(tài)和動態(tài)兩種形式,所以人體測量也分為 靜態(tài)和動態(tài)兩種。從實用人體測量內容一般有以下三類: 、形態(tài)的測量 它可以得到人體的基本尺度 、主要有人體長度測定(包括廓人 體體積和重量的測定;人體表面積測定 。 、生理的測定 主要內容有人體出力測定;人體觸覺反應測定;任意疲勞測定等 。 、運動的測定 主要內容有動作范圍測定;動作過程測定;體型變化測定;皮膚變 化測定等 。 2、從技術發(fā)展來看,人體

15、測量技術可以分為普通測量技術和三維數字化人體測量技 術 。 、普通測量技術 普通人體測量儀器可以采用一般的人體生理測量的有關儀 器,包括人體測高儀 、直角規(guī) 、彎角規(guī) 、三腳平行規(guī) 、軟尺 、測齒規(guī) 、立方定顱 器 、平行定點儀等,其數據處理采用人工處理或者人工輸入與計算機處理相結合的方 式 。此種測量方式耗時耗力,數據處理容易出錯,數據應用不靈活,但成本低廉,具有一 定的適用性 。 、三維數字化人體測量技術 從儀器本體的原理來講,三維數字化人體測 量分為手動接觸式 、手動非接觸式 、自動接觸式 、自動非接觸式等;最終可以根據 所需速度 、精度和造價確定合適的方式,下面介紹典型的幾種非接觸式人

16、體測量儀器 。 Loughborough 人體掃描儀 Loughborough 大學聯(lián)同馬莎百貨及 Courtaulds 內衣公司，利用其人體掃描搜集身 體三圍數據，當一個人站立不動，投影在其身上的光線將被電視攝像機錄取下來，身 體形狀用一系列橫截面表達，從而建立三維身體的表面模型。 TC 分層輪廓測量方法 TC，美國紡織及服裝技術中心選用白光分層輪廓測量方法，來取得全身人體的三 維描繪，與密柵云紋法相似，它利用白色光源來投射正弦曲線在物體表面，當物體不 規(guī)則的形狀令投射的密柵影子變形，產生的圖樣將可表示其物體表面的輪廓，并用六 部攝影機檢測，然后將所攝取的影像合成為一完整形象。 英國防衛(wèi)服裝

17、及紡織代辦處之自動身體測量儀 英國 Colchester 的防衛(wèi)服裝及紡織代辦處選用分層輪廓測量方法來度量人體，他 們開發(fā)了一部三維測量系統(tǒng)，定名為 Auto-mate (自動身體測量儀)，跟 TC 相似，這個 身體測量儀可提供直接身體掃描的電腦數據，加上防彈部門的參與，他們可以制造防 護盔甲，滿足顧客貼身的防衛(wèi)要求。 Cyberware 的全身掃描機 與上述的密柵云紋投影系統(tǒng)不同，Cyberware 于 1995 引進一個商品化的全身掃描 機 WB2 和 WB4。該機器用鐳射掃描三角測量技術來獲取三維影像。工作站的軟件，控制 整個掃描及移動過程。只需幾秒鐘便完成一次掃描，然后使用者便可以用工

18、作站上的 圖像工具看掃描結果，多個掃描造型亦會結合成一個完整的人體模型。 三、三、人體測量學的應用人體測量學的應用 人體測量學對人類的發(fā)展具有重要的研究和應用價值,主要體現(xiàn)以下方面: 體質變異研究 對不同種族 、不同人群進行人體測量和分析比較,可以找 出他們之間的共同點與差異,找出人類體質特征變異的規(guī)律 。 生長發(fā)育研究 對不同年齡群體或個體進行人體測量,繪出生長曲線和生 長速率曲線,可以找出人體生長發(fā)育的規(guī)律 。 為建立適應我國國民體型的原型提供依據，我國目前尚無適合本國國民體 格的原型,而世界發(fā)達國家如英 、法 、美 、日等都早已形成較成熟的原型技術,并根 據風格的不同形成各種流派,在服裝

19、設計和生產中起著重要作用 。要建立適合的原型, 最根本的途徑就是首先建立人體體型尺寸的檢測系統(tǒng),在不同區(qū)域進行大量的人體測量,為 我國原型的建立提供數據依據 。 在工業(yè) 、國防 、醫(yī)學 、法醫(yī) 、教育 、體育 、建筑 、美術等領域有廣 泛的應用 人體測量數據可以應用于機器 、家具 、武器 、車輛和飛機座艙 、船舶 、房屋 、課桌等的設計,并形成了一門應用學科 人類工效學或人體工程學 。 為標準服裝人臺設計和服裝規(guī)格標準的制訂提供依據,應用于服裝立體裁剪 、商品檢 查或服裝展示等 。 虛擬環(huán)境 應用于因特網上購物 、電子商務 、產品廣告 、人機工程研究 等 。目前,基于人體測量等技術而建立起來的

20、人體數據咨詢 、仿真設計軟件也較多 。如英國OpenErgonomics公司開發(fā)的PeopleSize人體數據咨詢系統(tǒng),包括英國兒童(從 出生起)、成年人的尺寸以及其它一些國家人的尺寸,其中包括部分中國人人體尺寸 (18245歲,這些尺寸是由新加坡南洋理工大學的Professor L . Lim提供的)。這些數據 是在19941995年間測量了13 678至16 443個樣本得到的,基本覆蓋了英國的各個階層,包 括人體全身尺寸 、人體頭部尺寸 、手部尺寸 、足部尺寸等 。利用此人體測量數據 庫,他們還進行了一些人體姿勢分析,座椅等的設計,為民航 、鐵路 、汽車 、國防 、 勞動安全等服務,如圖

21、3所示 。Delima公司11 (國際上較早的數字化企業(yè))已經將 3D虛擬人體溶入到從過程計劃 、成本預算 、質量控制 、人機分析到數字化制造中; 另外,基于開 放 的C商 業(yè) 平 臺(open c2commerce platformOCP) , EDS Unigraphics公司提出了e2Factory概念,也將虛擬人作為咨詢 、仿真 、評價的一個重 要因素 。Transom公司開發(fā)的Transom JACK人機工程軟件,包括人體數據錄入接口 、 人體數據咨詢系統(tǒng) 、人機工程仿真系統(tǒng) 、人機工程評價系統(tǒng)等 。其中虛擬人體建立 在生物力學 、運動學 、人體測量學 、認知心理學等學科基礎上,可以

22、代替真實人體 實現(xiàn)行走 、搬運 、舉升 、關節(jié)運動 、視覺范圍 、調節(jié)姿勢等活動,評價安全姿勢 、舉升與能量消耗 、疲勞與體能恢復 、靜態(tài)受力 、人體關節(jié)移動范圍等人機工程性 能指標。由于JACK具有的優(yōu)勢,已經在航空 、車輛 、船舶 、工廠規(guī)劃 、維修 、產 品設計等領域廣泛應用 。長庚大學和臺灣清華大學等院校和企業(yè)已經花了近5年時間, 聯(lián)合進行了非接觸式人體測量技術和臺灣人體數據庫的研究,取得了一定的成果 。 四、非接觸人體測量技術的現(xiàn)狀四、非接觸人體測量技術的現(xiàn)狀 非接觸式三維人體測量技術（interactive 3D whole body scanner system）人 體全身掃描技

23、術，通過應用光敏設備捕捉設備投射到人體表面的光（激光、白光及紅 外線）在人體上形成的圖像，描述人體三維特征。國際上常用的人體掃描儀有Telmat 的SYMCAD、 Turbo Flash/3D、TC2-3T6、TechMath-RAMSIS、Cyberware- WB4、Vitronic-Vitus等。三維非接觸式掃描系統(tǒng)具有掃描時間短，精確度高、測量部 位多等多種優(yōu)于傳統(tǒng)測量技術和工具的特點，如德國的TechMath掃描儀在20秒內完成 掃描過程，可捕捉人體的80，000個數據點，獲得人體相關的85個部位尺寸值，精確度 為0.2mm；美國的TC2 通過對人體4.5萬個點的掃描，迅速獲得人體的

24、80多個數據， 可以全面精確地反映人體體型情況。英國的TuringC3D系統(tǒng)還可以捕捉表面的材質，對 物體表面的色彩質地進行描述，在研究有標識的物體時非常有用。掃描輸出的數據可 直接用于服裝設計軟件，對人體進行量身定制。目前，人體掃描儀廣泛應用于：人體 測量學研究、服裝工業(yè)（MTM量身定制系統(tǒng)，虛擬試衣） 、娛樂業(yè)（如電影特技） 、計算 機動畫和醫(yī)學（目前最為廣泛如 彌補術和塑型手術）等領域。非接觸三維人體測量技 術雖然僅有二、三十年的發(fā)展史，但卻能以其獨特的優(yōu)勢逐步應用、并將普遍到與人 體相關的各類產品的設計與研究中，使產品真正做到以人為本。在服裝工業(yè)中，它加 快了企業(yè)對市場反應速度；同時是

25、開展服裝電子商務必要條件和重要依據，它將服裝 生產與高科技緊密結合起來，使服裝生產和設計更具個性化和人行化，提高了服裝的 適體性，對服裝工業(yè)的快速發(fā)展有極大的推動作用。 五、人體測量技術的發(fā)展前景五、人體測量技術的發(fā)展前景 隨著計算機技術和網絡技術的發(fā)展,人體測量技術也將呈現(xiàn)新的面貌 。地域的幅 員廣大，形成了地域性的人體差別；不同年齡、不同職業(yè)等形成的人體的差異，更使 得人體數據多樣化、復雜化。而為自身產品準確定位適合的人群，使產品對定位人群 獲得較高覆蓋率，是每一個產品設計者的目標之一。 這樣，在復雜的數據環(huán)境中如何采集所需數據并達到統(tǒng)計所需要的基本量，是所 有數據需求者要面臨的課題。這也

26、將呼喚和促使人體數據庫社會化和企業(yè)化。社會化 的人體數據庫是為社會需求服務的，它的特點是人體數據量的極大化，并且經過長期 的數據積累和多用途的統(tǒng)計分析，形成它的產業(yè)特點。 因此使用高效、便捷、準確的測量工具是社會化人體數據庫采集數據的基礎保障。 智能化 人工智能技術的發(fā)展,為人體測量技術智能化 、人性化奠定了基 礎 。包括掃描過程的智能化 、人機界面的智能化 、數據采集與分類的智能化 、NURBUS曲面的自動合成與光順智能化等 。 網絡化 21世紀是網絡的世紀,人體測量將依托網絡向更廣泛的領域拓展 。 測量技術 、商業(yè)模式的網絡化,是今后人體測量技術的必然趨勢;設計過程 、制造過 程和流通過程

27、的一體化,將使人體測量在網絡經濟時代發(fā)生重大的變革 。 綜上所述，我們可以看到，自動人體測量產品有著廣泛的應用前景，它對各行業(yè)業(yè) 的技術水平的提高具有重要意義。 六、六、 研究圖像處理中尺寸自動獲得的目的和意義研究圖像處理中尺寸自動獲得的目的和意義 （一）我的觀點及論文題目 對于畢業(yè)設計我的觀點是： 第一：通過這次設計能讓我把大學四年所學的專業(yè)課都有所回顧，在做設計的同時 我們不管是翻閱這幾年所學的課本，還是上網查資料等等，都能使我對所學的課程有 個系統(tǒng)的鞏固。 第二：通過做這次畢業(yè)設計，不僅拓寬了我的見識，增長了我的閱歷，同時也使得 我從一名大學生到一名社會工作者之間有了一個很好的過渡。 我

28、所選擇的畢業(yè)論文設計題目為：非接觸人體測量技術中圖像處理設計 （二）做這篇設計的主要意義和目的 隨著人類文明的發(fā)展，社會勞動的工業(yè)化、自動化程度不斷提高，工程人體測量 學的應用已滲透到社會生產、生活的各個領域。人體測量學是人類學的一個分支學科， 主要研究人體測量和觀察方法，并通過整體測量與局部測量探討人體的特征、類型、 變異和發(fā)展規(guī)律。 有關人體參量的測量工作進行得最多的，就是人體尺寸的測量。為了使各種與人 體尺度有關的設計對象能符合人的生理特點，讓人在使用中處于舒適的狀態(tài)和適宜的 環(huán)境之中，就必須在設計中充分考慮人體的各種尺度。人體尺度主要有兩類，即人體 的靜態(tài)結構尺寸和動態(tài)功能尺寸。在設計

29、中所有涉及人體尺度的參數的確定，都需要 應用大量的測量數據。設計中若不能很好地考慮這些人體參數，就很可能造成操作的 困難和不能充分發(fā)揮人機系統(tǒng)的效率，例如： （1）在服裝人體測量上，通過人體的正、側面的圖像對人的體型進行分類，從而 有針對性的進行服裝設計和調整，同時進美學評價； （2）在進行工具儀表、機器或工程系統(tǒng)設計時，需要掌握有關人體測量數據，以 使各種顯示和操作裝置的尺寸、位置等設計更適合人的使用； （3）在建筑行業(yè)，確定各種空間尺度也離不開人體資料； （4）衛(wèi)生部門用來評定兒童及成年人的體質發(fā)育、整形外科等領域也需要這方面 的資料，等等。 由此可見，人體測量在各行業(yè)中都占有重要的地位，

30、起著不容忽視的作用。 做這片畢業(yè)設計的目的：通過了解學習 SPCA563A 圖像處理模組、SPCE061A 芯片的 工作原理、主要硬件構成、內部電路及各引腳功能，還有對旋轉平臺的設計來總結和 鞏固大學所學的知識并為進入社會打一個好的基礎。 六、本課體研究思路及方案 針對以上情況，結合國內人體測量技術領域的發(fā)展現(xiàn)狀和需求特點，參考國外成 熟的工業(yè)檢測設備，本文在實際工程應用的基礎上，提出了基于凌陽單片機 SPCE3200 的人體測量系統(tǒng)的技術方案。通過使用 SPCE3200 模組，直接拍攝人體正面和側面的數 字圖像，自動進行三維立體標定，并提取出輪廓線的平面坐標，測量獲得人體相應部 位的平面尺寸

31、。再建立數學模型，進行圍度擬合，從而得到人體相應的圍度尺寸，而 人體的長度尺寸則可以完全由平面測量的數據直接獲取。 (一) 論文提綱及各部分內容間的邏輯關系 1、系統(tǒng)設計 （1）測量系統(tǒng)硬件設計 （2）圖像處理即圖像邊緣識別設計 （3）圖像像素點間距與實際參數間轉換 2、圖像邊緣識別設計內容 （1）圖的數據結構設計 （2）圖的深度優(yōu)先遍歷設計 （3）邊緣識別方法的選擇 （4）基于深度優(yōu)先遍歷的 Roberts 邊緣識別方法 (二) 擬采用的研究方法與手段 1確定硬件的整體連接方法及工作原理 2了解圖的數據結構及存儲方式 3了解各種邊緣識別方法 參考文獻參考文獻 1 丁玉蘭 ,郭剛 ,趙江洪.

32、人機工程學 M . 北京理工大學出版社 ,2000. 2 翟文斌基于圖像處理的人體測量D吉林大學2006-6 3 賴維鐵. 人機工程學 M .華中理工大學出版社 ,1989. 4 李雯雯 ,張文斌. 信息化 :服裝人體計測的發(fā)展方向 EB/ OL . h ,2001.6, 5 王玉秀非接觸式人體測量系統(tǒng)的研究一圖像處理、人體圍度曲線分析與計算 D天津工業(yè)大學 專題正文部分專題正文部分 第一章第一章 引引 言言 現(xiàn)實生活中人們在很多場合需要對人體進行尺寸的測量。例如在為人體制做衣服 時，需要對被設計對象進行身體尺寸的測量，即所謂“量體裁衣” ；在一些醫(yī)療機構中 對人體的檢查以及對人體的尺寸測量，

33、對于研究分析人體健康程度和一些機能參數例 如人的吸引力、生育能力等都是很重要的。人體尺寸測量技術已經由簡單的人工接觸 式逐步轉變?yōu)榉墙佑|式自動測量，基于圖像處理的人體尺寸測量就是其中之一?，F(xiàn)代 人體測量技術大多使用三維人體掃描技術采集原始數據與圖像，將所獲取的信息綜合 處理得到人體各部位的三維尺寸，進行人體重建，三維掃描技術為該自動化測量的核 心部分，例如:激光測量法、紅外線測量法、密柵云紋法和攝影測量法等。由這些方法 研制的量體系統(tǒng)結構復雜，體積龐大，成本高，從原理推斷，測量精度應較高，但實 際應用上尚存在問題。 本論文是建立在凌陽單片機中的圖像識別模組基礎上建立的全新的非接觸式測量 技術，

34、包括硬件設計及軟件設計兩大部分，本文重在軟件設計中的圖像處理部分，包 括基于深度優(yōu)先遍歷的圖像邊緣處理設計，以及對圖像中關鍵參數的獲取。 第二章第二章 硬件設計硬件設計 （由于本論文重在圖像邊緣識別級參數獲取方面，故只對硬件設 計作簡要說明） 本設計中所包含的主要器件有：自動旋轉平臺，基于凌陽單片機的圖像識別模組 包含攝像頭模組，LCD 模組和 SPCE3200 的開發(fā)板。它的工作原理就是通過圖像識別 模組采集和處理來自旋轉平臺上目標物體的圖像數據從而得到他的各種尺寸，然后通 過顯示屏顯示出來。 工作原理：景物通過鏡頭生成的光學圖像投射到CMOS圖像傳感器表面上，然后轉 為電信號，經A/D（模

35、數轉換）轉換后變?yōu)閿底謭D像信號，再送到數字信號處理芯片中 處理并通過接口總線輸出。其中CMOS影像傳感器它在捕獲圖像信息的過程中會實時 的將圖像數據在時鐘的配合下傳送到CSI單元，CSI單元在內部控制器的控制條件下完 成數據的接收和處理，然后再把格式化的數據傳送到指定的DRAM緩沖區(qū)中。然后在 LCD上顯示出來。 如下圖，當目標物體放在旋轉平臺上時，圖像處理模組開始工作即光敏元件開始 采集目標物體圖像，傳到 SPCE3200 中并開始處理圖片，從中得到所需要的信息。然后， 平臺開始旋轉，當轉到特定位置時即旋轉 90 度，平臺停止旋轉，從而是光敏元件得到 目標側面圖片，通過這些圖片我們就可以得到

36、目標物體的相關數據。系統(tǒng)流程圖示、 測量示意圖如圖所示。 、 攝像頭模組和 SPCE3200 開發(fā) 板的集成盒 自動旋轉平臺 顯示屏 第三章第三章 圖像設計設計圖像設計設計 一一. . 圖的定義及存儲結構圖的定義及存儲結構 圖（Graph）是一種較線性表和樹更為復雜的數據結構。在線性表中，數據元 素之間僅有線性關系，即每個數據元素只有一個直接前驅和一個直接后繼；在樹形結 構中，數據元素之間有著明顯的層次關系，雖然每一層上的數據元素可能和下一層中 多個元素（孩子）相關，但只能和上一層中一個元素（雙親）相關；而在圖形結構中， 結點之間的關系可以是任意的，任意兩個數據元素之間都可能相關。 首先先介紹

37、一下 圖的定義:圖是一種數據結構，它的形式化定義為 Graph = （V，R） ，其中 V=x|x dataobject ，R=VR VR= |P（x ，y） （x ，y V） 在圖中的數據元素通常稱做頂點（vertex） ，V 是頂點的有窮非空集合；VR 是兩個 頂點之間的關系的集合。若 VR，則 表示從 x 到 y 的一條?。╝rc） ， 且稱 x 為弧尾（tail）或初始點（initia1 node） ，稱 y 為弧頭（head）或終端點（terminal node） ，此時的圖稱為有向圖（digraph） 。若 VR 必有 VR，即 VR 是對稱的，則以無序對（x，y）代替這兩個有序對

38、，表示 x 和 y 之間的一條邊（edge） ， 此時的圖稱為無向圖（undigraph） 。 在計算機中有很多方法來存儲圖的信息，由于圖的結構復雜，使用廣泛，經常使 用鏈式存儲結構。一般應根據實際的應用，來選擇合適的表示方法。常用的存儲圖的 結構有：數組表示法、鄰接表、十字鏈表、鄰接多重表一，一，數組表示法（鄰接矩陣） 。 在此我們以鄰接表作為研究對象。圖的鄰接矩陣存儲方法跟樹的孩子鏈表示法相類似， 是一種順序分配和鏈式分配相結合的存儲結構。鄰接表由表頭結點和表結點兩部分組 成，其中圖中每個頂點均對應一個存儲在數組中的表頭結點。如這個表頭結點所對應 的頂點存在相鄰頂點，則把相鄰頂點依次存放于

39、表頭結點所指向的單向鏈表中。如圖 所示，表結點存放的是鄰接頂點在數組中的索引。對于無向圖來說，使用鄰接表進行 存儲也會出現(xiàn)數據冗余，表頭結點 A 所指鏈表中存在一個指向 C 的表結點的同時，表 頭結點 C 所指鏈表也會存在一個指向 A 的表結點。如圖 1 為無向圖的鄰接表示意圖。 有向圖的鄰接表有出邊表和入邊表（又稱逆鄰接表）之分。出邊表的表結點存放的是 從表頭結點出發(fā)的有向邊所指的尾頂點；入邊表的表結點存放的則是指向表頭結點的 某個頭頂點。如圖 2 所示，為有向圖(a)的出邊表和入邊表。 圖 1 圖 2 /以下是有向圖的鄰接表存儲表示/ #define MAX_VEXTEX_NUM 20 t

40、ypedef struct ArcNode int adjvex； /該弧所指向的頂點的位置 struct ArcNode *nextarc； /指向下一條弧的指針 InfoType *info； /該弧相關信息的指針 ArcNode； typedef struct VNode VextexType data； /頂點信息 ArcNode *firstarc； /指向第一條依附該頂點的弧的指針 VNode,AdjListMAX_VEXTEX_NUM； typedef struct AdjList vertices； int vexnum,arcnum； /圖的當前頂點數和弧數 int kind

41、； /圖的種類標志 二二. .圖的優(yōu)先遍歷圖的優(yōu)先遍歷 圖的深度優(yōu)先遍歷的遞歸定義 假設給定圖 G 的初態(tài)是所有頂點均未曾訪問過。在 G 中任選一頂點 v 為初始出 發(fā)點(源點)，則深度優(yōu)先遍歷可定義如下：首先訪問出發(fā)點 v，并將其標記為已訪問過； 然后依次從 v 出發(fā)搜索 v 的每個鄰接點 w。若 w 未曾訪問過，則以 w 為新的出發(fā)點繼續(xù) 進行深度優(yōu)先遍歷，直至圖中所有和源點 v 有路徑相通的頂點(亦稱為從源點可達的頂 點)均已被訪問為止。若此時圖中仍有未訪問的頂點，則另選一個尚未訪問的頂點作為 新的源點重復上述過程，直至圖中所有頂點均已被訪問為止。 圖的深度優(yōu)先遍歷類似于樹的前序遍歷。采

42、用的搜索方法的特點是盡可能先對縱 深方向進行搜索。這種搜索方法稱為深度優(yōu)先搜索(Depth-First Search)。相應地， 用此方法遍歷圖就很自然地稱之為圖的深度優(yōu)先遍歷。 深度優(yōu)先搜索的過程 設 x 是當前被訪問頂點，在對 x 做過訪問標記后，選擇一條從 x 出發(fā)的未檢 測過的邊(x，y)。若發(fā)現(xiàn)頂點 y 已訪問過，則重新選擇另一條從 x 出發(fā)的未檢測過的 邊，否則沿邊(x，y)到達未曾訪問過的 y，對 y 訪問并將其標記為已訪問過；然后從 y 開始搜索，直到搜索完從 y 出發(fā)的所有路徑，即訪問完所有從 y 出發(fā)可達的頂點之后， 才回溯到頂點 x，并且再選擇一條從 x 出發(fā)的未檢測過的

43、邊。上述過程直至從 x 出發(fā)的 所有邊都已檢測過為止。此時，若 x 不是源點，則回溯到在 x 之前被訪問過的頂點； 否則圖中所有和源點有路徑相通的頂點(即從源點可達的所有頂點)都已被訪問過，若 圖 G 是連通圖，則遍歷過程結束，否則繼續(xù)選擇一個尚未被訪問的頂點作為新源點， 進行新的搜索過程。 圖的深度遍歷的 C 語言程序 #include stdio.h typedef int datatype; /*假定線性表元素的類型為整型*/ #define maxsize 1024 /*假定線性表的最大長度為 1024*/ # define n 100 /* 圖的頂點最大個數 */ typedef c

44、har VEXTYPE; /* 頂點的數據類型 */ typedef float ADJTYPE; /* 權值類型 */ typedef struct VEXTYPE vexsn ; /* 頂點信息數組 */ ADJTYPE arcsnn ; /* 邊權數組 */ int num ; /* 頂點的實際個數 */ GRAPH; /*圖的深度周游*/ void DFS(GRAPH g,int qidian,int mark) /從第 qidian 個點出發(fā)深度優(yōu)先周游圖 g 中能訪問的各個頂點 g.num=0; int v1; markqidian=1; printf(%c ,g.vexsqidi

45、an); for(v1=0;v1TH, (i, j)為階躍狀邊緣點。為邊緣圖像。),(jiR),(jiR Roberts 算子采用對角線方向相鄰兩像素之差近似梯度幅值檢測邊緣。檢測水平和 垂直邊緣的效果好于斜向邊緣，定位精度高，對噪聲敏感。 Sobel 邊緣檢測算子子 Sobel 算子很容易在空間上實現(xiàn)，Sobel 邊緣檢測器不但產生較好的邊緣檢測效果， 而且受噪聲的影響也比較小。當使用大的領域時，抗噪聲特性會更好，但這樣做會增 加計算量，并且得出的邊緣也較粗。 Sobel 算子利用像素點上下、左右鄰點的灰度加權算法，根據在邊緣點處達到極值 這一現(xiàn)象進行邊緣的檢測。Sobel 算子對噪聲具有平

46、滑作用，提供較為精確的邊緣方向 信息，但它同時也會檢測出許多的偽邊緣，邊緣定位精度不夠高。當對精度要求不是 很高時，是一種較為常用的邊緣檢測方法。 Prewitt 邊緣檢測算子 Prewitt 算子是一種邊緣樣板算子。這些算子樣板由理想的邊緣子圖像構成。依次 用邊緣樣板去檢測圖像，與被檢測區(qū)域最為相似的樣板給出最大值。用這個最大值作 為算子的輸出值（i,j） ，這樣可將邊緣像素檢測出來。 Laplacian of Gaussian(LoG)算子 正如上面所提到的，利用圖像強度二階導數的零交叉點來求邊緣點的算法對噪聲 十分敏感，所以，希望在邊緣增強前濾除噪聲為此，Marr 和 Hildreth

47、將高斯濾波和 拉普拉斯邊緣檢測結合在一起，形成 LoG（Laplacian of Gaussian, LoG）算法，也稱 之為拉普拉斯高斯算法LoG 邊緣檢測器的基本特征是： 1 平滑濾波器是高斯濾波器 2 增強步驟采用二階導數(二維拉普拉斯函數) 3 邊緣檢測判據是二階導數零交叉點并對應一階導數的較大峰值 4 使用線性內插方法在子像素分辨率水平上估計邊緣的位置 Canny 算子 邊緣提取的基本問題是解決增強邊緣與抗噪能力間的矛盾，由于圖像邊緣和噪聲 在頻率域中同是高頻分量，簡單的微分提取運算同樣會增加圖像中的噪聲，所以一般 在微分運算之前應采取適當的平滑濾波，減少噪聲的影響。Canny運用嚴

48、格的數學方法 對此問題進行了分析，推導出由# 個指數函數線性組合形式的最佳邊緣提取算子網， 其算法的實質是用一個準高斯函數作平滑運算，然后以帶方向的一階微分定位導數最 大值，Canny算子邊緣檢測是一種比較實用的邊緣檢測算子，具有很好的邊緣檢測性能。 Canny邊緣檢測法利用高斯函數的一階微分，它能在噪聲抑制和邊緣檢測之間取得較好 的平衡。 經典邊緣提取算子提取圖像邊緣的結果對比分析 以下分別采用上述幾種最常用的經典圖像邊緣提取算子對標準的tire 圖像進行邊 緣特征提取，其結果如下圖所示： 從下圖可以看出，Roberts 算子提取邊緣的結果邊緣較粗，邊緣定位不很準確， Sobel算子和Pre

49、witt 算子對邊緣的定位就準確了一些，而采用拉普拉斯高斯算子進行 邊緣提取的結果要明顯優(yōu)于前三種算子，特別是邊緣比較完整，位置比較準確。相比 而言，Canny 算子提取的邊緣最為完整，而且邊緣的連續(xù)性很好，效果優(yōu)于以上其他 算子，這主要是因為它進行了“非極大值抑制”和形態(tài)學連接操作的結果。 上面幾種基于微分的經典邊緣提取算子，它們共同的優(yōu)點是計算簡單、速度較快， 缺點是對噪聲的干擾都比較敏感。在實際應用中，由于圖像噪聲的影響，總要將經典 的算法進行改善結合其他一些算法對一幅含噪聲的圖像進行處理，然后再采用經典的 邊緣提取算子提取圖像邊緣。 Roberts邊緣算子在C語言環(huán)境中的程序 由于本文

50、方法的主要部分在于深度優(yōu)先遍歷圖像上的點,并考慮算法的時間復雜度,所 以采用傳統(tǒng)的Roberts邊緣算子。該算子是利用局部差分算子尋找邊緣算子的方法,由 下式給出: 函數名稱：RbertsDIB() 參數：char* lDIBBits：指向源 DIB 圖像指針 Long IWidth：源圖像寬度 Long IHeight：源圖像高度 說明：帶函數用 roberts 邊緣檢測算子進行邊緣檢測運算，要求目標圖像為灰度圖像 Double RobertDIB(char* IpDIBBits,Long lWidth,long lHeight); 指向源圖像數據的指針 char* lpSrc; 指向緩沖圖

51、像數據的指針 char* lpDst; 指向緩沖 dib 圖像數據的指針 char* lpnewDIBBits; 循環(huán)變量 Long i; long j; 像素值 double result; unsigned char pixel4; 暫時分配內存，以保存新圖像 lpNewDIBBits=malloc(lWidth*lHeight); if(lpNewDIBBits=NULL); 分配內存失敗 return false; 初始化新分配的內存，設定初始值為 255 lpDst=（char*）;lpNewDIBBits; memset(lpDst,(BYTE)255,lWidth*lHeifht

52、); 使用水平方向的結構元素進行腐蝕 for(j=lHeight-1;j0;j-); for(i=0;inum=0; /*創(chuàng)建圖*/ void GraphCreate(GRAPH *L) int i,j; GraphInit(L); printf(請輸入頂點數目：); scanf(%d, printf(請輸入各頂點的信息(單個符號）：); for(i=0;inum;i+) fflush(stdin); scanf(%c, printf(請輸入邊權矩陣的信息：); for(i=0;inum;i+) for(j=0;jnum;j+) scanf(%f, printf(圖已經創(chuàng)建完畢！); /*求結

53、點數*/ int GraphVexs(GRAPH *L) return(L-num); /*圖的輸出*/ void GraphOut(GRAPH L) int i,j; printf(n 圖的頂點數目為：%d,L.num); printf(n 圖的各頂點的信息為：n); for(i=0;iL.num;i+) printf(%c ,L.vexsi); printf(n 圖的邊權矩陣的信息為：n); for(i=0;iL.num;i+) for(j=0;jL.num;j+) printf(%6.2f ,L.arcsij); printf(n); printf(圖已經輸出完畢！); /*圖的深度周游

54、*/ void DFS(GRAPH g,int qidian,int mark) /從第 qidian 個點出發(fā)深度優(yōu)先周游圖 g 中能訪問的各個頂點 int v1; int ； markqidian=1; printf(%c ,g.vexsqidian); for(v1=0;v1g.num;v1+) if(g.arcsqidianv1!=0j-); for(i=0;ilWidth-1;i+); 由于使用 22 的模板，為防止越界，所以不處理最下邊和嘴右邊的兩列像素 lpsrc=(char*)lpdibbits+lwidth*j+i; 指向源圖像的第 j 行，第 i 個像素的指針 lpDst=

55、(char*)lpNewDIBBits+lWidth*j+i; 取得當前指針處 22 區(qū)域的像素值，注意要轉換為 unsigned char 型 pixel0=(unsiagn char)*lpSrc; pixel0=(unsiagn char)*(lpSrc+1); pixel0=(unsiagn char)*(lpSrc-lWidth); pixel0=(unsiagn char)*(lpSrc-lWidth+1); 計算目標圖像中的當前點 result=sqrt(pixel0-pixel3)*(pixel0-pixel3)+(pixel1- pixel2*(pixel1-pixel2);

56、 return result; /*主函數*/ void main() GRAPH tu; GraphCreate( GraphOut(tu); GraphDFS(tu); 如上圖通過此邊緣識別方法可得到人體的邊緣線條，其中白色線條為人體邊緣。 五五. .人體測量實際參數獲取人體測量實際參數獲取 在圖像處理中，得到的結果是像素坐標，往往需要轉換成實際的空間距離。推導 了圖像像素和實際空間距離的變換公式和攝像機拍攝相關參數的求解公式。攝像機傾 斜一定角度拍攝圖像（不傾斜時傾角為 0） ，攝像機拍攝圖像的示意圖見圖 3。F 為鏡頭 的光心位置，虛線為主光軸，M、N 分別為鏡頭視角的上下端點，A、B

57、 為成像物體的上 下端點，C、D 則分別為 A、B 點在圖像中的成像位置；L 為焦點到垂直平面的距離。已 知條件：L、GM、MN、A 在圖像中的像素點坐標、B 在圖像中的像素點坐標、 視角內的像素總數 2n。要求解問題：AB 之間的實際長度。 圖 3 攝像機傾角成像 由式此可知，要計算像素與空間長度的對應關系，需要知道 3 個參數的具體數值：攝 像機光心與被拍照物體的水平距離 L、攝像機的傾角 、視角 2。在 3 個參數中攝 像機的視角 2 最容易測出，可事先測出攝像機的視角 2，測量過程中保持視角不變。 下面推導另兩個參數的求解公式。 空間 4 點 A、B、C、D 在圖像中的像素位置分別為

58、PA、PB、PC、PD，A、B 之間的 空間長度為 AB，C、D 之間的空間長度為 CD，有： PA、PB、PC、PD、AB、CD 已知， 事先標定出來，則方程只有個未知數 ，是關 于 的二元一次方程組，解方程組可以得參數 ，即可得參數 L。 中英文資料翻譯中英文資料翻譯 外外 文文 文文 獻：獻： On the three-dimensional anthropometric Anthropometry is the human body by measuring the size of each part to determine the individuals and groups in

59、 the body between the individual differences, the human body to study the morphological characteristics, so as to industrial design, human engineering, engineering design, anthropological research, the basis of medical information to provide the human body. From the practical point of view, measuring the content of the human body are generally three categories: 1. Forms of measurement: the human body can be the basic scale, size and other data, mainly measured the body length (including the Profile Trail); determination of the human body; the body volume