拍攝照片獲取人體特征尺寸的可行性研究

1、()Sc h o ol of M e c h a nic al a n d Pow e r Engi ne e ri n g , Eas拍攝照片獲取人體特征尺寸的可行性研究()東華大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版Vol . 37 , N。. 4第37卷第4期A ug .2011 ( )2011 年 8 月 J 0 U RN AL 0 F DON GH U A U N IV ERSI T YN A TURAL SCIEN C E()文章編號：1671 0444 201104 0481 05 222拍攝照片獲取人體特征尺寸的可行性研究蔡劍，林大鈞，郭延龍，郝美琴()華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海20023

2、7摘要：拍攝照片是非接觸式測量的重要途徑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于圖像反求等領(lǐng)域.服裝設(shè)計合身度與人體特征尺寸的測量方式有關(guān).利用拍攝照片的方法獲取服裝人臺特征尺寸，其準(zhǔn)確度和誤差大小將決定此手段的可行性.通過理想條件進行拍照試驗，采取參照標(biāo)定法得出測量尺寸并進行誤差分析，提出了減小尺寸誤差的合理拍攝條件，為照片反求在服裝人臺建模中的實際應(yīng)用提供依據(jù).關(guān)鍵詞：人體特征尺寸；3 ds MA X人臺建模；Mat la b圖像處理中圖分類號：T P 391文獻標(biāo)志碼：AFe a si bilit y Study of Obt aining Huma n Bo dy s Chara ct e riSticDim

3、e nsio ns Ba se d o n t he Photo Me a sure me ntCA I J i a n , L I N D a2j u n , GUO Ya n21 o ng , HA 0 Mei2qi nt C hi n a U ni ve rsi t y of Sci e nc e a n d Te c h n ol ogy , S h a ng h ai 200237 , C hi n a A bstra c t : Photomeasurement,w a y o f no n2co n ta c t m e? ad e 1 y u se d in i ma g e

4、m ? an s , using takingphoto ,1sd ete rm inedbyt hi ze0f the me th0dTh ed er1d ea1 co nd1t10n stogettheandsomeredtominio n a n d a nsintheprahumanbodycticalap model i n gMAXmode 1 i n g ; Matlabimageprocessing Ke y wor ds : humanbody scharacteristicdimens ions ; 3 d s人體測量是通過測量人體各部位尺寸來研究人1人體尺寸測量方法的研究

5、與比較的形態(tài) 特征，它 是工業(yè) 設(shè)計、人機工程等領(lǐng)域的重要設(shè)計信息.在服裝領(lǐng)域，人體測量是服裝人體工效學(xué) 人體測量的傳統(tǒng)方法是直接與人體接觸的手工的重要 分支，是服裝設(shè) 計、制作 的前提，也是服裝工業(yè)化生產(chǎn)中制定型號規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ).人體特征尺測 量法，該方法應(yīng)用較廣泛，但測量數(shù)據(jù)有限,效率寸 是 服裝設(shè) 計 所 需的重 要尺寸，也是三維人臺建模 較低,花費時間多.非接觸測量是人體尺寸 測量的發(fā)必須的尺寸，尺寸的精確度將影響服裝成衣的合身 展趨勢.在逆向設(shè)計中，獲得精確尺寸是一重要環(huán)度.目前國內(nèi)外對人體 尺寸獲得方法有較為完善和節(jié)，為后期的三維人臺建模提供重要的尺 寸數(shù)據(jù).針廣 泛的研究.對非接

6、觸測量，國內(nèi)外已提出多種有效方法,并開發(fā)了多種較為完善的設(shè)備，主要途徑和方法有莫爾條收稿日期:2011 203 225()作者簡介：蔡劍1986 ,男，山東泰安人，碩士研究生，研究方向為計 算機圖形學(xué).E2mail : myl uckysuny 126 . co m()林大鈞聯(lián)系人，男，教授，E2mail : 1 djl953 ecust . edu . cn紋法、激光測量法、立體攝像測量法、紅外線測量法() 緣；3利用參照標(biāo)定法,連續(xù)提取人臺輪廓的基準(zhǔn)以及多攝像頭拍照.() 線尺寸進行誤差分析；4評佔合理的誤差范圍，提以上方法都有不足之 處：莫爾條紋法在計算機出減小誤差方法,確定照片反求的最

7、佳條件.自動處理時無法自動確 定條紋峰值及條紋級數(shù)，也2 . 1已知特征尺寸下進行服裝人臺的三 維建模無法自動識別人體表面凹凸性，適用于人體曲面測根據(jù)表1所示的特征尺寸數(shù)據(jù)，在3d s MA X中1量，但測量精度不夠高；激光測量法精度較高，是一種比較理想的測量方法，但要求人體在兒分鐘內(nèi)5（建模，取6個基準(zhǔn)線頸根線、肩線、胸圍線、腰圍保持不變姿勢，且小劑量的激光會造成被測量者心）線、腹砌線、臀圉線，相應(yīng)的控制基準(zhǔn)點為頸椎點、理壓力同時,激光測量設(shè)備相當(dāng)昂貴，設(shè)備維護和側(cè)頸點、肩峰點、乳尖點、腹部前凸點和臀部后凸點操 作都需要相當(dāng)大的人力、物力后 期點云 處理復(fù)在實現(xiàn)參數(shù)化的三維人臺造型過程中，可

8、以根據(jù)人2雜效率較低；立體攝像測量法符合人的視覺特（體基本圍度、長度諸如頸圍、肩寬、胸圍、腰圍、臀點，但對凹下曲面的測量比較困難，精度也不高，應(yīng)3）用較少；紅外線測量法設(shè)備應(yīng)用不廣，多用于科教圉、背長、臀高等特征參數(shù)，生成不同型號的人臺模4研究；多攝像頭拍照算法相當(dāng)復(fù)雜、繁瑣，相對于型，也可對這些特殊部位進行修改，生成特殊體形,激光測量并沒有太 大優(yōu)勢，且精度不高.因此，需要從而較好地實現(xiàn)人臺模型的個性化 造型.根據(jù)人體尋求一種簡便且實用性較強的測量手段.的特征部位選擇基準(zhǔn)線如圖1所示.照片測量是近年提出的一種新式非接觸式測量表1標(biāo)準(zhǔn)人體比例表方法，這種方法具有操作簡 便、價格低廉的優(yōu)點，尤其

9、在個性化服裝設(shè)計領(lǐng)域，具有較高實用價值.為了Table 1 Standard body proportion降低試驗成本，針對服裝人體 尺寸，人體特征尺寸即性別男女可從人體的正面和側(cè)面照 片獲得.本文簡化試驗設(shè)身高100 100備，提出使用一臺數(shù)碼相機進行試驗的 設(shè)想，同以上頸0 . 84 0 . 86測量方法比較，單攝像頭測量 具有以下優(yōu)點：肩0 . 82 0 . 81 ( ) 1相對于激光、紅外線等 設(shè)備，單攝像頭設(shè)備腋窩0 . 75 0 . 75對環(huán)境要求低，成本 低，操作簡單，并且人們使用沒胸禺072 072有顧慮；腰圍061 063 ( ) 2相對于立體測量、多攝像頭測量等方 法，單

10、上臀圍0 . 58 0 . 58攝像頭測量拍攝操作簡單，結(jié)構(gòu)簡 單，在后期圖像處中臀圍0 . 53 0 . 53理算法上也要簡單得多；下臀圉048 048 ( ) 3單攝像頭測量應(yīng)用于服裝設(shè)計量，具有較高的實用價值和可行性，并且可以便于推廣使用.但使用單攝像頭照片拍攝測量，其結(jié)果的精確性會因拍攝條件測量誤差、透視圖變換誤差等因素受到影響.因此，本文主要研究理想拍攝條件下的誤差范圉，并探討如何減小誤差.圖1人體基準(zhǔn)線Fig. 1 Human body basel ine 2研究內(nèi)容基假設(shè)身高1 m ,選取男 性人體比例，經(jīng)過確定為了降低試驗成本，獲得可信數(shù)據(jù)，本文采用計準(zhǔn) 線、尺寸調(diào)整、網(wǎng)格平滑

11、、渦輪平滑等過程，獲得標(biāo)()算機 數(shù)字化方法進行試驗認證.具體步驟：1應(yīng)用準(zhǔn)三維人臺如圖2所示.已 知人體特征尺寸在3ds MAX中進行人臺模型的三維建模，然后導(dǎo)入AutoCAD,利用AutoCAD設(shè)2 . 2格式轉(zhuǎn)換()置相機合理 坐標(biāo)位置，設(shè)定拍攝參數(shù)；2拍攝人臺3 ds MA X與A uto CAD之間的數(shù)據(jù)可以 進行相模型的正面和側(cè)面照片后，進行圖像處理、提取邊互轉(zhuǎn)換，從3 ds MA X 導(dǎo)出3 dw g格式文件，再導(dǎo)入4 8 3第4期蔡劍，等：拍攝照片獲取人體特征尺寸的可行性研究取拍照背景為藍色和白色兩組照片做試驗對比加一整面主光照以增強真實，在自然光照基礎(chǔ)上 感染進行渲，以相機視

12、口拍照渲.選擇相機視圖，并 )染拍照保存為R G B 2 4位(的670萬色6 4 0 X 4 8 01 b m p . 3格式照片如圖4所示圖2標(biāo)準(zhǔn)三維人臺Fig 2 Standard human body model)至AutoCAD,其中設(shè)定三維人臺模型以(0, 0, 0坐 標(biāo)為原點.2 . 3設(shè)置相機圖4正面照片F(xiàn)ig. 4 Front photo利用A uto CAD自帶的相機功能，設(shè)置相機參數(shù)、精確調(diào)整相機位置，建立一個理想條件下的試驗()環(huán)境.此環(huán)境具有以下優(yōu)點：1多光源照射，減少局2 . 5照片圖像處理 0 ()部陰影影響；2相機位置尺寸的精確度高；3拍攝(本文研究對象是人 臺

13、照片，而目標(biāo)信息 尺寸頂0過程無人為抖動影響；4可根據(jù)需要多次拍攝 等.)點只有兒十個點，簡單地說就是從兒萬、兒十萬甚根據(jù)三維人臺位置設(shè)置 相機焦距、視野和試驗至兒白萬個像素中去尋找兒十個像素，最終獲得需起始位 置.相機位置坐標(biāo)：x二0 , y = 1 000 . 0 mm ,要的點.z = 610 . 0 mm ,初 始位置高度z由1 m人臺總高的利用Mat la b圖像處理功能，將原始圖像逐步 簡腰部為中心所定.目標(biāo)位置坐標(biāo)x = 0 , y = 1 000 . 0化到能夠直接提取所 需信息的圖像，即每個處理階mm , z = 610 . 0 mm.段都產(chǎn)生一幅新的圖像，而 使圖像不斷改變

14、的是不()相機焦距參數(shù)為35 . 03mm ,視野參數(shù)為6同的圖像處理算法，即一系列濾波器圖像處理流54432?.程如圖5所示.-11L 二一-|翅忙ai1-fiTfvrllu-T41r?FRrlLtmm124拍攝試驗照片A uto CAD與3ds MA X之間具有良好的交互性，設(shè)定的尺寸及參數(shù)不會發(fā)生改變.為了方便保存拍攝照片，并能夠真實渲染人臺模型，將圖形文件另 存為3 dxf格式并導(dǎo)入3d s MA X ,然后在3 ds MA X中建立拍照試驗室，如圖3所示.Fig 3 Photogra ph la boratoryprocessing圖3拍照試驗室圖像分割一般有3種途徑：()1將各像素

15、劃歸到相應(yīng)物體或區(qū)域的像素聚 類方法，即區(qū)域法；()2通過直接確定區(qū)域間的邊界來實現(xiàn)分割的邊界方法；()3首先檢測邊緣像素，再將邊緣像素連接起來構(gòu)成邊界形成分割，在圖像分割技術(shù)中，最常用的7是利用閾值化處理進行的圖像分割照片圖像處理系統(tǒng)對輸入照片有要求，即人的衣服顏色與背景顏色盡量為純色，且兩種色調(diào)反差圖7基準(zhǔn)線標(biāo)記要盡量大.圖像分割程度好壞直接影響測量精度首Fig. 7 Basel ine marked先采用灰度閾值分割，調(diào)整閾值為 0 2 8 0,0 .325,然后調(diào)節(jié)Cann y算子內(nèi)的閾值范圍0. 1, 0. 5,2 . 7評估尺寸誤差8 Cann y將自動選取合適閾值進行輪 廓提取.

16、保存圖片，分別對背景色為藍色和白色的正面照片進行已 知標(biāo)準(zhǔn)1 m人臺，人臺上身長360 mm，其他試驗，最終效果人臺正面輪廓提取如圖6所示由于建模尺寸如圖8所示.口色背景照片通過灰度處理，對比較為明為清晰，特征尺寸線同輪廓線交點少，計算方便準(zhǔn)確圖8實際建模尺寸Fig 8 Practical model ing size拍攝的照片本身會有畸變現(xiàn)象會影，圖像畸變免或減少畸變響測量尺寸的精度，避影響的方法有：圖6邊緣提取（）向畸變是關(guān)于1本文中所考慮的徑中心對稱的, 在Fig. 6 Edge extraction想拍 攝范圍 和 照 片拍 攝的尺A u t o C A D 中設(shè)置的理寸大小的限制盡可

17、能減小照片的畸變程度；(2 )利用2 . 6參照標(biāo)定法計算特征基準(zhǔn)線尺寸方法就是M a t 1 a b圖像處理，編程解決畸變.最簡便首先 在提取的輪廓線上根據(jù)最初所定的尺寸比()在方法中1基礎(chǔ)上以縱向的對稱中心線為基準(zhǔn)，以例，在輪廓上進行標(biāo)記特征頂點和基準(zhǔn)線，然后根據(jù)心線縱向比為已整個照片的基準(zhǔn)比，此方法可行性()8式1 進行計算:得到證實.M ()1 L = XI本文中標(biāo)準(zhǔn)模型尺寸與照片測量尺寸的 誤差為x x m x ()誤差二照片測量尺寸X模各R -標(biāo)項尺寸2式中： M為人臺模型縱向中心線實際尺寸；L為各x式中比臺高：R為中心線縱向尺寸，即人度3 6 0 mm基準(zhǔn)線反求 尺寸；m為照片中

18、人臺模型縱向中心線x與人臺輪廓中心線的測量長 度之比.圖7中兩幅照長度；1為照片上各基準(zhǔn)線長度.在A uto CAD中 按x片的型尺寸與照分別為13. 0 5和1 2 . 9 7 .標(biāo)準(zhǔn)模R標(biāo)準(zhǔn) 人體比例精確確定各基準(zhǔn)線高度，水平繪制基片測量尺寸的對比如表2所示準(zhǔn)線，比較基準(zhǔn)線同輪廓交點之間 的距離，然后連續(xù)獲得人臺拍攝尺寸，基準(zhǔn)線標(biāo)記如圖7所示.第4期蔡劍，等：拍攝照片獲取人體特征尺寸的可行性研究485表2尺寸及誤差對比表同，再利用中心線縱向尺寸比方法計 算，平均誤差縮小至0. 8 7 2和0. 6 8 0 mm,精度提高了 30%左右，滿Ta ble 2 Size and error co

19、mparison mm足服裝設(shè)計精度要求.測量尺寸各項誤差標(biāo)準(zhǔn)建將人臺旋轉(zhuǎn)9 0?,通過拍攝側(cè)面照片，利用同樣項目模尺寸藍色白色藍色白色 處理方式，可以獲得側(cè)面特征基準(zhǔn)線的尺寸，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)平均誤差為0 . 4 6 3 mm,符合服裝設(shè)計要求.頸寬68 . 0 5 . 60 5 . 62 5 . 361 4 . 891人體的圍度尺寸與人體正面 寬度和側(cè)面厚度存肩線寬腋280 . 0 21 . 36 21 . 54 - 1 . 252 - 0 . 626窩線寬胸（在一種線性關(guān)系，設(shè)圍度為W包括頸圍、胸 圍、腰195 . 5 15 . 23 15 . 27 3 . 282 2 . 602圍線寬腰）圍

20、、臀圍都 為已知，寬度為K ,厚度為H ,它們之間184 . 0 14 . 46 14 . 51 4 . 703 4 . 195圍線寬上10存在的關(guān)系用回歸方程：W = X ? K + Y ? H + Z 174 . 0 13 . 47 13 . 49 1 . 784 0 . 965 臀圍線寬表示.其 中：X和Y為不同部位相應(yīng)的回歸系數(shù)；Z 192 . 2 14 . 89 14 .91 2 . 581 1 . 183中臀圍線為誤差補償，該數(shù)值是通過隨機提 取多名不同年齡220 . 0 16 . 55 16 . 75 - 5 . 346 - 4 . 439下臀圍 線段的人體的各個圍度尺寸，分別進

21、行迭代優(yōu)化而得.平 均誤差- 0 . 879 - 0 . 718 207 . 2 15 . 81 15 . 92回歸方程的系數(shù) 如表3所示.1 . 279 1 . 007由表2可以看出，邊界輪廓提取對尺寸測量精度的影響，顯然經(jīng)過調(diào)節(jié)閾值后的白色背景提取的表3回歸方程的系數(shù)輪廓更為清晰準(zhǔn)確，有利于測量.將誤差放大 到真人 Coeff icient of regression equation Ta ble 3 模型 比 例 時， 發(fā)現(xiàn)此兩組試驗的平均誤差在2 , 1 0圉度回歸方程m m之間根據(jù)月艮裝設(shè)計中余量在5 , 20mm范的要求，可知采用照片測量的方法獲得人體特征尺頸R| W = 112

22、4 ?K + 1874 ?H - 0703寸具有一定實用性，但還需對過程進行優(yōu)化.胸圉 W 二 4 515 ?K + 0 793 ?H - 50 910 經(jīng) 過試驗，通過簡單拍照進行尺寸測量，精度不腰圍W二2983 ?K + 0013 ?H + 0047能保證，應(yīng)該考慮畸變誤差的存本文在軟件試驗臀圉 W = 2 829 ?K + 0 028 ?H + 0 046 室 中先用攝像機拍攝一張標(biāo)準(zhǔn)正交柵格的圖片，由于畸變的存在使得拍攝的柵格節(jié)點不是整齊地排列() 選取已知人體尺寸如表4所示進行實測值與于豎直與水平 方位.用 數(shù)字圖像相關(guān)法把網(wǎng)格的節(jié)計算值的誤差檢驗.通過照片測量胸圍線寬度和厚點提取出

23、來，并記錄它們的像素位置,再人為使它們度代入表2中的回歸方程，經(jīng)檢驗圍度的誤差完全排列于豎直水平方位，從而可以得到各節(jié)占的畸變在 5,20m m的有效范圍內(nèi) 9情況和像素位置之間的關(guān)系.結(jié)合利用Id a t 1 ab編程減小畸變再做誤差分析；，部分程序如下所述.表4實測值與il算值誤差檢驗 Ta ble 4 Error inspection of measured andcalculated valuec m項目實測值計算值誤差f O r i = 1 ： h從理想圖像矩陣出發(fā)處理 身高 175 f o r j = 1 : w 胸圉 92 13 91 37 0 76()() ()?(x=l,j-

24、ogl, i - o g 2 , j - o g 1 2 , i - o g 腰圍 75 24 75 68 - 0 44 ( ) ) ( ( ) ) 2 3 j 一 o g 1 ， ?( ( ) ) 2 ;i - o g 2()%逆向映射j , i至IJ畸變圖像3( ) u二x a 0 + o g 2 ;()矩陣V , U利用V B編釘可視化的計算平臺WJ得的人3 ( ) v=x b 0 + o g1 ；體正面寬度和側(cè)面厚度的尺寸值以E x c e1文件格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入V B計算平臺，轉(zhuǎn)換后的尺寸自動導(dǎo)入()(:)0()if u 1 & & 1Ll 1.& r h %一元1M歸方程中,便可獲得

25、人體相應(yīng)圍度的尺寸這理在圖像大小范圉內(nèi)的像素點樣處理可提高人體尺寸測 量效率.3 3() ( ) (ftl = l- btabvv, u u , k + btabvv + 1 , u u ,)()3 3 ( ) ( k : ft2 = l- btabvv, u u + 1 , k + b t a b)1 , u u + 1 , k ; 3 結(jié)語()()33sp i , j , k=larfftl+arfft2 :本文應(yīng)用理想試驗條件下拍照提取人臺特征尺e n d ()下轉(zhuǎn)第517頁經(jīng)過畸變調(diào)整，R 值變小，特征線寬變化各不挑戰(zhàn)，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者必須認清自己企業(yè)的發(fā)展階段、需求和相應(yīng)的設(shè)計策略，這對于

26、企業(yè)發(fā)展壯大、發(fā)展自主創(chuàng)新品牌是十分重要的.因此，在設(shè)計實踐中去探討不同發(fā)展階段企業(yè)的需求和相應(yīng)的設(shè)計策略是一件十分重要和有益的事，希望本文的探討能對中小企業(yè)和設(shè)訃公司的發(fā)展有一定的借鑒作用.參考文獻圖4 “體驗”游戲手柄設(shè)計1 蔡軍.本土化企業(yè)設(shè)計戰(zhàn)略研究C / / 2002 年清華國際設(shè)計管 Fig. 4 Experience” 一Design of digital handle理論壇專家論文集.北京：清華大學(xué)出版社,2002 :55 259 .2 蔡軍.設(shè)計戰(zhàn)略研究C / / 2001年海峽兩岸工業(yè)設(shè)計學(xué)術(shù)及實5結(jié)語務(wù)研討會論文集.臺灣漳化：大葉大學(xué)出版社，2001 :43 246 .3 丁偉.木馬工業(yè)設(shè)計實踐M .北京：北京理工大學(xué)出版社， 近年來，隨著國內(nèi)外市場競爭愈來愈激烈，大部2009 :42 245 .分的企業(yè)雖然已經(jīng)意識到工業(yè)設(shè)計的重要性，但還沒有把產(chǎn)品設(shè)計提升到設(shè)計戰(zhàn)略的高度，并視之為企業(yè)核心競爭力之一.當(dāng)前，我國許多OEM()Orignal Equipment Manufactucer 和 ODM()Original Design Manufacturer 企業(yè)面臨著極大的0上接第483頁寸的方法，研究發(fā)現(xiàn)通過選取不同顏色背景，并提高2 王祺明.服裝業(yè) 三維人體測