专利名称：人体外形尺寸非接触式测量方法及测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人体外形尺寸非接触式测量方法及测量系统，尤其 涉及一种通过图像获取设备拍摄人体图像，利用特定算法分析图像以获 得人体外形尺寸的测量方法，还涉及用于实施该非接触式测量方法的测 量系统，属于计算机视觉技术领域。 背暈技术
在服装设计、服装剪裁、建筑工程、人体工程学等诸多领域，获得 特定个人或者群体的精确外形尺寸是幵展工作的基本前提之一。特别是 在服装剪裁领域，由于服装尺寸必须与人的外形相匹配，而每一个人的 外形存在明显的个体差异，因此更加强调"量体裁衣"。但是，人们常 用的测量方法是测量者借助如巻尺、直尺等工具，凭借测量者的工作经 验，通过手工方式进行测量。这种测量方式不仅工作效率非常低下，而 且不同测量者测得的数据也会存在较大的差异。因此，传统的手工测量 方式难以满足大规模制作制式服装时，高速、准确地采集有关人员外形 尺寸的实际需求。
近年来，人体测量学研究致力于通过人体骨骼、肌肉以及脂肪组织 之间的关系来确定人体体形数据，以改进测量的方法来提高测量的效率
和准确性。目前，相关的测量方法已经被国际标准化组织(International Organization for Standardization,简称ISO)确立为IS07250标准 用于技术设计的人体测量基础项目(IS07250: Basic human body measurements for technological design)。 该标准通过识另ll特征来确 定人体的外形尺寸。具体而言，根据人体的外部形状在人体明确定义若 干人体特征点或根据潜在骨骼结构确定人体特征点的位置，进而通过人 体特征点确定人体体形。
目前，已经有许多依据该标准设计的人体测量技术问世。例如，在 美国专利4,201,226、 4,872,268、 5， 327， 907等中，提出了利用巻尺、 测径器、测距仪等专用设备来测量人体外形尺寸的方法。这些技术只需 要识别特定的人体特征点，在一定程度上简化了手工测量的步骤；同时，借助特定的算法对人体体形数据进行计算，可以增加测量的准确性。但
是，即使是人体测量专家也有可能因为选择人体特征点的不同或在使用 巻尺等工具时的压力改变而改变他们的最终测量结果。因此，这种依靠
人工识别人体特征点的技术方案一方面影响了相关人体测量设备的工作 效率，另一方面仍然没有从根本上消除影响测量数据准确性的人为因素。
另一方面，随着计算机视觉技术的发展，借助于数码相机的非接触 式人体外形尺寸测量技术得到了 一定的发展。例如在公开号为
CN1596827的中国发明专利申请" 一种人体计测分析方法"中，介绍了 如下的测量方法首先通过数码相机拍摄计测台上的人的外形，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 析软件中提取物体外形轮廓，从而快速准确地测量出人体高度、宽度、 厚度、角度、围度等数据项，在此基础上，分析人体体型特征，给出着 装建议。在专利号为98218748. 3的实用新型专利中，介绍了一种人体尺 寸测量装置，有一个测量台，测量台上设有标识板，在测量台的两侧呈 轴对称的位置设有摄像机和投影仪，摄像机背后设有黑色屏幕，摄像机 的输出端与计算机的图像卡输入端电连接，所述投影仪上设有一个移动 光栅，该光栅由步进电机通过螺杆传动机构驱动，有一个控制器通过接 口模块与所述计算机连接。该实用新型可精确地测定人体特征尺寸和人 体的三维表面形态。
但是，现有技术对人体特征点的识别能力比较有限，容易出现误判 断，因此仍然需要借助人工辅助识别人体特征点，无法做到全自动测量。 另外，现有技术中需要将测量步骤和校准步骤分别实施，然后将两个步 骤获得的数据结合起来进行校准处理，因此图像校准的难度变大，精度 也受到限制。这两方面的缺陷限制了基于计算机视觉的人体非接触式测 量技术的进一步推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人体外形尺寸非接触式测量方法。该方 法通过特定算法自动识别二维图像中的人体特征点，并根据二维人体特 征点所代表的数据生成三维人体特征点，从而按照预定的模型利用这些 三维人体特征点计算人体尺寸数据。
本发明的另外一个目的在于提供一种用于实施上述人体外形尺寸非 接触式测量方法的测量系统。为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案-一种人体外形尺寸非接触式测量系统，其特征在于-所述系统包括拍摄室、图像生成器、图像处理器；
其中，图像生成器用于通过拍摄获取人体二维图像，所述图像生成 器与图像处理器相连接；
测量时，人体处于所述拍摄室内，通过所述图像生成器获得人体的 二维图像，所述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，并通过该三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
其中，所述拍摄室由背景墙(l)、 (2)和地板(5)组成，所述背景 墙(l)、 (2)和地板(5)相互垂直，在所述背景墙及地板上分布有若干 用于校准的标记点。
所述图像生成器为两个数字照相机(7)、 (9)，所述数字照相机(7)、 (9)分别正对于所述背景墙(1)、 (2)，使人体完全在照相机视野范围 内。
所述图像处理器为计算机(8)，该计算机(8)内存储用于处理 图像的特定算法，并接收来自所述数字照相机(7)、 (9)的图像，通 过所述特定算法对该二维图像进行校准、处理，生成人体的三维人体 特征点，根据该三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
一种人体外形尺寸非接触式测量方法，基于上述的人体外形尺寸非 接触式测量系统实现，其特征在于
(1)在拍摄室的背景中设置用于校准的标记点； (1)人体位于拍摄室内，通过图像生成器获得包括测量信息和校准 信息的二维图像；
(3) 图像处理器接收所述二维图像；
(4) 根据所述标记点的位置关系，校准所述图形生成器；
(5) 根据人体与背景的颜色对比确定出人体的轮廓，并通过特定算 法识别所需的二维人体特征点；
(6) 根据二维人体特征点信息拟合生成反映人体外形的三维人体特
征点；
(7) 根据所述三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
其中，所述步骤(5)中，确定反映人体髙度的人体特征点的具体步 骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；
(2) 在人体轮廓线上寻找在人体竖直方向上像素最高的点，并以该 点作为人体高度人体特征点。
所述步骤(5)中，确定人体颈部的人体特征点时，处理正视图的具
体步骤为
(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；
(2) 识别人体颈部范围左右两侧的轮廓线；
(3) 在左侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部左侧人体特征
点；
(4) 在右侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部右侧人体特征点。
所述步骤(5)中，确定人体颈部的人体特征点时，处理侧视图的具 体步骤为
(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；
(2) 识别人体颈部范围前后两侧的轮廓线；
(3) 在前侧颈部轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为颈
部前侧人体特征点；
(4) 在后侧颈部轮廓线上寻找最靠近颈部前侧人体特征点的点作为
颈部后侧人体特征点。
所述步骤(.5)中，确定人体臀部的人体特征点时，处理侧视图的具 体步骤为
(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；
(2) 识别人体臀部范围前后两侧的轮廓线；
(3) 在后侧臀部轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为臀
部后侧人体特征点，
(4) 在前侧臀部轮廓线上寻找与臀部后侧人体特征点在同一人体水 平方向上的点作为臀部前侧人体特征点。
所述步骤(5)中，确定人体臀部的人体特征点时，处理正视图的具 体步骤为-
(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；
(2) 识别人体臀郁范围左右两侧的轮廓线；
(3) 将所述侧视图中确定的人体特征点所在的人体水平线高度与人体身高的比值代入正视图中，确定正视图中相应比值的人体水平线，并 以左右侧臀部轮廓线上该人提水平线上的点作为臀部左右侧人体特征 点。
本发明所提供的人体外形尺寸非接触式测量方法及测量系统直接将 用于校准的标记点直接放在背景墙之上，从而使校准步骤和测量步骤合 而为一，避免了现有技术将两者分开处理所带来的麻烦。另外，本发明 通过针对人体特征点而设计的大量专门算法，提供了一种实现全自动化 人体外形测量的技术方案。通过该技术方案可以显著减轻设备及操作的 复杂性，同时增强了测量的一致性和准确性。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。 图1为本发明所提供的人体外形尺寸非接触式测量系统的组成模 块示意图2为上述人体外形尺寸非接触式测量系统的一个较佳实施例的示 意图3为人体外形尺寸非接触式测量方法的基本流程示意图。
具体实施例方式
图1为本人体外形尺寸非接触式测量系统的组成模块示意图。该系 统包括拍摄室、图像生成器、图像处理器。其中拍摄室为用于拍摄人体 图像的封闭或者半开放的空间。图像生成器为对人进行拍摄，获得人体 二维图像的设备。图像处理器为预先存储有特定人体特征点算法的处 理器。
测量时，人体以站姿或者坐姿等停留在拍摄室内，由图像生成器进 行拍摄，从而获得至少包括正面和侧面的二维人体图像。在该二维图像 中，本发明人在背景中预置了若干个标记点作为校准图像生成器的标记 点(也称为校准标记点)。这样，所拍摄的人体图像中自然就包括了该标 记点。图像处理器根据这些校准标记点的信息，能够在分析、测量人 体外形尺寸的同时进行图像生成器拍摄距离、景深等工作参数的校准， 从而为根据正面和侧面的二维人体特征点信息生成人体的三维人体特征 点奠定基础。在生成反映人体尺寸的三维人体特征点后，利用在背景技 术中提到的模型，就可以获取所需的人体外形尺寸数据。
图2为上述人体外形尺寸非接触式测量系统的一个较佳实施例的示意图。拍摄室由背景墙l、 2和地板5组成。背景墙1、 2和地板5相互 垂直，且具有与人体肤色明显不同的颜色。这是因为本系统首先要通过 人体颜色与背景墙颜色的不同来识别人体的轮廓，因此背景墙的颜色应 该有别于人体肤色。在本实施例中，背景墙及地板的颜色均为蓝色。如图2所示，在背景墙及地板上有规律地分布有若干个用于校准的 标记点3、 4、 6等。各校准标记点之间具有确定的位置关系，并为图像 处理器所知悉。校准标记点的着色应该有别于背景墙及地板的颜色，以 便于图像处理器识别。在本实施例中，校准标记点采用了红色圆点。图 像处理器通过对校准标记点的识别，可以获得二维图像的縮放比例、景 深等参数，以便校正图像生成器所获得的图像数据，计算出图像中有关 点之间的实际距离。图像生成器为对人进行拍摄，获得人体二维图像的设备。目前，可 以实现该功能的设备有很多，如数字照相机等等。根据具体使用设备的 不同，获得二维图像的方法也不尽相同，由于各种方法均为目前已经成 熟的技术，在此就不再一一熬述。本实施例中，图像生成器采用了两个 数字照相机7、 9。如图2所示，数字照相机7、 9分别正对于背景墙1、 2，且与背景墙l、 2之间相距一定距离，以使人体完全在照相机视野范 围内。测量时，被测人站立于地板5中央，面向照相机7，背对背景 墙l。由照相机7、 9分别拍摄被测者的正视图和侧视图。在图2所示的实施例中，拍摄室采取了便携式的实现方案。其背景 墙1、 2和地板5都是便于拆卸和组装的材料，它们组合一个半开放的空 间。但拍摄室也可以是一个封闭的固定房间。在这种情况下，由于数字 照相机拍摄时需要与拍摄对象保持足够的距离，以减少拍摄时不可避免 的视差。因此如果出现距离不够的情况，可以在人体的正面放一面镜子， 让数字照相机对镜中的人体进行拍摄。这样可以有效解决上述拍摄距离 不足的问题。在本实施例中，图像处理器为一台计算机8，该计算机8内预先 存储用于处理图像的多种特定算法。它接收来自数字照相机7、 9的 人体二维图像，通过所存储的特定算法对该二维图像进行校准、处理、 拟合，最终生成三维人体特征点，并根据该三维人体特征点计算出所 需的人体外形尺寸数据。上述人体外形尺寸非接触式测量系统可以使测量过程完全摆脱人为的干预，大大提高了人体测量的准确性。另外，这种测量系统还可以先将拍摄的人体二维图像存储起来，集中起来后进行数据处理，有利于提高大规模人体测量的效率。由于计算人体尺寸的有关算法都存储在图像处理器中，因此可以直接对特定的算法进行调整和更新，以达到提高测量准确性或测量新数据的目的。这点是现有技术所不能实现的。下面具体介绍本发明所提供的人体外形尺寸非接触式测量方法。该方法如图3所示，其中步骤14:使用照相机获取工作平台图像和步骤15:校准照相机是开展工作前的常规准备步骤，其主要的实施步骤从步骤16开始，包括如下的步骤步骤16:获取人体图像；步骤17:根据标记点进一步校准作为图像生成器的数字照相机； 图像处理器通过预先知道的各标记点之间的位置关系，结合照相机 的焦距等信息，进一步校准数字照相机。经过这一校准步骤后，根据数字照相机图像所获取的数据为实际所采用的测量数据。步骤18:根据人体与背景墙的颜色对比确定出人体的轮廓； 步骤19:决定人体的空间方向； 步骤20:选择第一个要测量的尺寸；步骤21:图像处理器根据需要在图像中寻找用于测量第一个尺寸的 人体特征点；识别不同的人体特征点所需的特定算法也不同，因此图像处理器根 据需要调用相应特定算法。下面还有进一步的说明。步骤22:图像处理器根据需要计算上述人体特征点的三维位置；生成三维的人体特征点需要多张不同角度的二维图像，因此图像处 理器根据各二维图像中人体特征点的位置关系计算该图的縮放比，进而 根据各二维图像的縮放比及所识别的人体特征点，生成三维人体特征点。步骤23:图像处理器使用适当的模型计算出所需的人体尺寸；步骤24:存储人体特征点数据和测量值；步骤25:是否有需要测量的其它尺寸？步骤26:如果有，则返回步骤21;步骤27:如果没有，则核对并显示结果；步骤28:是否有另外一个人需要测量？ 步骤29:如果有，返回步骤16,否则结束。上述过程中，步骤21根据不同的需要调用不同的人体特征点识别算 法，而各人体特征点的识别算法是根据该人体特征点的特点分别设计的。 在IS07250标准中确定的人体测量人体特征点众多，在此不可能一一进 行详述，下面仅通过确定几个主要人体特征点的方法对本发明所提供的 方法进行介绍。由于本实施例中设有正对两个背景墙的照相机7、 9,并分别拍摄人 体的正视图和侧视图。因此，相应的确定各人体特征点的处理方法也分 为处理正视图和侧视图两部分。1. 确定反映人体高度的人体特征点的方法。 处理正视图的具体步骤(1) 通过背景墙与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 在人体轮廓线上寻找在人体竖直方向上像素最高的点，并以该 点作为人体高度人体特征点。处理侧视图的具体步骤同正视图的处理步骤。在此需要说明的是，上述方法不仅适用于人体站立的情况，人体采 取坐姿时也能适用。2. 确定人体颈部的人体特征点的方法。 处理正视图的具体步骤(1) 通过背景墙与人体颜色的对比确定出人体的轮廓，根据人体工 效学识别人体的颈部所在；(2) 识别人体颈部范围左右两侧的轮廓线；(3) 在左侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部左侧人体特征点；(4) 在右侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部右侧人体特征点。处理侧视图的具体步骤 U)通过背景墙与人体颜色的对比确定出人体的轮廓，根据人体工 效学识别人体的颈部所在；(2) 识别人体颈部范围前后两侧的轮廓线；(3) 在前侧颈都轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为颈 部前侧人体特征点；(4) 在后侧颈部轮廓线上寻找最靠近颈部前侧人体特征点的点作为颈部后侧人体特征点。3.确定人体臀部的人体特征点的方法。 根据臀部人体特征点的特点，首先选择处理侧视图。处理侧视图的具体步骤(1) 通过背景墙与人体颜色的对比确定出人体的轮廓，根据人体工 效学识别人体的臀部所在；(2) 识别人体臀部范围前后两侧的轮廓线；(3) 在后侧臀部轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为臀 部后侧人体特征点，(4) 在前侧臀部轮廓线上寻找与臀部后侧人体特征点在同一人体水 平方向上的点作为臀部前侧人体特征点。处理正视图的具体步骤(1) 通过背景墙与人体颜色的对比确定出人体的轮廓，根据人体工 效学识别人体的臀部所在；(2) 识别人体臀部范围左右两侧的轮廓线；(3) 将侧视图中确定的人体特征点所在的人体水平线高度与人体身 高的比值代入正视图中，确定正视图中相应比值的人体水平线，并以左 右侧臀部轮廓线上该人体水平线上的点作为臀部左右侧人体特征点。与现有技术相比较，本发明的主要发明点体现在两个方面， 一是将 用于校准的标记点直接放在背景墙之上。这样，校准过程和测量过程可 以合并进行，避免现有技术中先校准后测量所带来的繁琐步骤，简化了 发明实施的具体步骤；二是通过设计大量图像处理特定算法，自动识别 各二维人体特征点，并结合各二维人体特征点合成相应的三维人体特征 点，从而提供了一种实现全自动化人体外形测量的技术方案。通过该技 术方案使测量过程完全摆脱人为的干涉，从而大大提高了人体测量的效 率和准确性。以上对本发明所提供的人体外形尺寸非接触式测量方法及测量系统 进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实 质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专 利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求
1. 一种人体外形尺寸非接触式测量系统，其特征在于；所述系统包括拍摄室、图像生成器、图像处理器；其中，图像生成器用于通过拍摄获取人体二维图像，所述图像生成器与图像处理器相连接；测量时，人体处于所述拍摄室内，通过所述图像生成器获得人体的二维图像，所述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，并通过该三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
2. 如权利要求1所述的人体外形尺寸非接触式测量系统，其特征在于所述拍摄室由背景墙(l)、 (2)和地板(5)组成，所述背景墙(l)、 (2)和地板(5)相互垂直，在所述背景墙及地板上分布有若干个用于 校准的标记点。
3. 如权利要求l或2所述的人体外形尺寸非接触式测量系统，其特 征在于.-所述图像生成器为两个数字照相机(7)、 (9)，所述数字照相机(7)、 (9)分别正对于所述背景墙(1)、 (2)，使人体完全在照相机视野范围 内。
4. 如权利要求l或3所述的人体外形尺寸非接触式测量系统，其特 征在于所述图像处理器为计算机(8)，该计算机(8)内存储用于处理 图像的特定算法，并接收来自所述数字照相机(7)、 (9)的图像，通 过所述特定算法对该二维图像进行校准、处理，生成人体的三维人体 特征点，根据该三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
5. —种人体外形尺寸非接触式测量方法，基于如权利要求1所述 的人体外形尺寸非接触式测量系统实现，其特征在于(1) 在拍摄室的背景中设置用于校准的标记点；(2) 人体位于拍摄室内，通过图像生成器获得包括测量信息和校准 信息的二维图像；(3) 图像处理器接收所述二维图像；(4) 根据所述标记点的位置关系，校准所述图形生成器；(5) 根据人体与背景的颜色对比确定出人体的轮廓，并通过特定算法识别所需的人体特征点；(6) 根据人体特征点信息拟合生成反映人体外形的三维人体特征占.(7) 根据所述三维人体特征点计算所需的人体外形尺寸。
6. 如权利要求5所述的人体外形尺寸非接触式测量方法，其特征在于所述步骤(5)中，确定反映人体高度的人体特征点的具体步骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 在人体轮廓线上寻找在人体竖直方向上像素最高的点，并以该点作为人体高度人体特征点。
7. 如权利要求5所述的人体外形尺寸非接触式测量方法，其特征在于所述步骤(5)中，确定人体颈部的人体特征点时，处理正视图的具 体步骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 识别人体颈部范围左右两侧的轮廓线；(3) 在左侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部左侧人体特征点；(4) 在右侧颈部轮廓线上寻找曲率最大的点作为颈部右侧人体特征点。
8. 如权利要求5所述的人体外形尺寸非接触式测量方法，其特征在于所述步骤(5)中，确定人体颈部的人体特征点时，处理侧视图的具 体步骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 识别人体颈部范围前后两侧的轮廓线；(3) 在前侧颈部轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为颈部前侧人体特征点；(4) 在后侧颈部轮廓线上寻找最靠近颈部前侧人体特征点的点作为 颈部后侧人体特征点。
9. 如权利要求5所述的人体外形尺寸非接触式测量方法，其特征在于所述步骤(5)中，确定人体臀部的人体特征点时，处理侧视图的具 体步骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 识别人体臀部范围前后两侧的轮廓线；(3) 在后侧臀部轮廓线上寻找在人体水平方向上最靠后的点作为臀 部后侧人体特征点，(4) 在前侧臀部轮廓线上寻找与臀部后侧人体特征点在同一人体水平方向上的点作为臀部前侧人体特征点。
10. 如权利要求9所述的人体外形尺寸非接触式测量方法，其特征 在于所述步骤(5)中，确定人体臀部的人体特征点时，处理正视图的具 体步骤为(1) 通过背景与人体颜色的对比确定出人体的轮廓；(2) 识别人体臀部范围左右两侧的轮廓线；(3) 将所述侧视图中确定的人体特征点所在的人体水平线高度与人体身高的比值代入正视图中，确定正视图中相应比值的人体水平线，并 以左右侧臀部轮廓线上该人提水平线上的点作为臀部左右侧人体特征 点。
全文摘要
本发明提供了一种通过图像获取设备拍摄人体图像，利用特定算法分析图像以自动获得人体外形尺寸的测量方法，还涉及用于实施该非接触式测量方法的测量系统。在本发明中，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形数据。与现有技术相比较，本发明将用于校准的标记点直接放在背景墙之上，并通过设计大量图像处理特定算法，提供了一种实现全自动化人体外形测量的技术方案，从而显著减轻了设备及操作的复杂性，并且增强了测量的一致性和准确性。
文档编号A41H1/02GK101228973SQ20071000244
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月22日 优先权日2007年1月22日
发明者实 殷 申请人:实 殷