专利名称：一种人体下肢自动测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种服装测量技术领域，尤其是一种人体下肢自动测量装置和方法。
背景技术：
医用循序减压袜借助缓压原理，通过收缩腿部肌肉对血管腔加压，促进静脉血液回流心脏，减少下肢静脉淤血，确保下肢静脉良好循环。该袜子不仅能辅助治疗下肢静脉曲张，还能有效预防下肢静脉曲张，具有重要的应用价值及广阔的市场前景。医用压力袜要想取得好的疗效，必须根据病人的腿部尺寸如高度、大腿围度、小腿围度来定制相应的袜子，才能在使用过程中提供合适的压力，满足缓压治疗的效果。若袜子过于宽松，产生的压力过小，不能有效施加压力；相反袜子若偏小，过于紧缩，就会产生较大的压力，让病人感觉难受、不舒服，而不愿意使用。因此测量病人腿部尺寸的显得犹为重要。传统测量人体的方法 为手工测量方法，以软尺、人体测高仪、角度计、可变式人体截面测量仪等为主要工具，可以直接测量出人体各部位尺寸，使用工具简单。但不同测量者的经验不同或测量手法规范程度不同，导致测量结果大不相同，存在较大误差，且费时费力；与被测者的接触，有时还会让被测者感到窘迫或疲劳。人们寻找新的测量方法来代替传统手工测量法。自动人体测量以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等技术为一体，将被测对象的图像信息当作检测和传递的载体加以利用，从图像中提取有用的信，进行加工处理，生成所需要的尺寸。自动人体测量技术弥补了传统手工测量的不足，能方便、快速、准确获得人体数据。近年来，自动人体测量有了许多成果。美国Cyberware公司的WBX、WB4等扫描系统、法国Lactra公司的Vitus Smart 3D激光扫描设备,它们的本质是三角测量法,运用相似三角形原理，用多个激光测距仪对站立在测量箱内的被测者从多个方位进行测量，计算人体表面各点的三维坐标，经过计算机处理，形成人体三维模型，然后对模型进行三维尺寸测量，得到非常精确的人体尺寸。该方法测量精度高，但设备复杂昂贵，占地面积大，不利于推广使用。Meados等人于1970年提出莫尔轮廓法，是应用光栅的阴影(投影)和光栅形成的莫尔条纹来捕捉人体。在此基础上提出了影像莫尔法、投影莫尔法、扫描莫尔法及其改进方法。基本原理是将光源照射到置于被测物体上的主光栅，通过记录光栅在物体上的变形了的光栅像，获得物体表面各点的深度信息，从而获得物体表面信息。莫尔法原理简单，精度较高，但数据获取速度慢，稳定性差，对噪声比较敏感。美国纺织服装技术公司TC2选用白光分层轮廓测量法获取人体三维数据信息，用六部摄影机检测产生的图样轮廓，然后合成为一完整模型。基于红处线传感技术的测量方法可以避免被测者脱换衣服，且获得人体净尺寸；如日本的Hamamatsu公司的Body Line扫描系统采用红处线发射二极管得到扫描数据，基本不需要标记便可抽取三维数据，且错漏数据较少。这些非接触人体测量设备一般存在以下问题(1)误差较大。因为上述设备基本是国外的，其模型都是建立在他们自己国家人群数据库基础上的，在我国使用时，误差一般较高。据有些文章报道，TC2测量的胸围、腰围都有4-5cm误差；加拿大的B0SS-21的误差也有5cm左右。(2)这些设备大多数是使用三维人体扫描技术采集原始数据与图像，将所获取的信息综合处理得到人体各部位的三维尺寸，进行人体重建，一般研制系统结构复杂、体积庞大、成本高、价格昂贵，一套设备至少在50万以上。(3)这些设备不是针对人体下肢测量研制的，每次测量都会产生庞大的数据，界面数据也繁杂，需要人们手工去找到自己所需的相关数据，使用很不方便。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种成本低、能方便快捷准确进行人体下肢测量的装置和方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种人体下肢自动测量装置，包括图像采集装置和图像处理器，图像采集装置包括专用测量裤和测量工作台，测量工作台的正面和左侧各设有一个摄像头机盒，摄像头机盒通过金属杆与测量工作台连接，摄像头机盒上设有摄像头和闪光灯，图像处理器由计算机主机和显示器组成，其中图像采集装置和图像 处理器通过USB数据线连接。作为优选，所述测量工作台由背面、右侧面和地面三块平板组成，各面平板上均设有标记线，地面平板上设有脚印位置。作为优选，所述脚印位置其脚印内侧间距离为20cm，右脚脚印距右侧面平板的距离为40cm，摄像头离地面的距离为50cm。作为优选，所述专用测量裤右腿裤腿覆盖至脚踝，左腿裤腿裸露至大腿根部。这种人体下肢自动测量方法，包括以下步骤I)被测者身着测量专用裤，站立在测量工作台的指定位置上，利用图像采集装置，采集被测者正面、侧面两张图像；2)利用计算机图像处理技术，对正面、侧面两幅图像进行处理，提取出腿部轮廓；3)指定测量的关键点，利用图像成像原理，可以获得所需位置的高、宽、厚，通过曲线拟合，获得该位置的围度。作为优选，所述步骤2)具体地为，通过检测标记线的位置，确定人腿大致区域，并对该区域图片做处理，包括强化皮肤特征，灰度化转换成灰度图像，二值化为黑白照片，中值滤波去掉噪声点，领域连通法得到腿部轮廓图。作为优选，所述步骤3)中围度曲线拟合模型是由手工测量得到的各个相应部位的宽度和厚度值通过Matlab软件做二元线性回归分析得到，拟合过程中以各部位宽度和厚度为自变量，围度为应变量采用regress函数进行回归分析，并根据残差大小剔除异常数据，再进行回归分析。发明有益的效果是本发明通过摄像头采集正面、侧面两张图像实现了对人体下肢尺寸的自动测量，能简单方便快速准确获取医用压力袜所需的各个尺寸，避免了以前靠人工手工测量时费时、费力等弊端，也可用于其他需要腿部尺寸的应用，成本低，操作简单、方便。
图I是本发明装置的结构示意图；附图标记说明测量工作台1，白色标记线2、3、4、5，脚印位置6，摄像头机盒7，闪光灯8，摄像头9，金属杆10。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明实施例如图1，这种人体下肢自动测量装置，包括图像采集装置和图像处理器，图像采集装置包括专用测量裤和测量工作台1，测量工作台I的正面和左侧各设有一个摄像头机盒7，摄像头机盒7通过金属杆10与测量工作台I连接，摄像头机盒7上设有摄像头9和闪光灯8，图像处理器由计算机主机和显示器组成，其中图像采集装置和图像处理器通过USB数据线连接。专用测量裤右腿裤腿覆盖至脚踝，左腿裤腿裸露至大腿根部。其测量方法包括以下步骤 I)利用图像采集装置，采集被测者正面、侧面两张图像。被测者必须换上测量专用裤，裤边短的为左腿，脱掉袜子，衣服扎进裤子，按正确的姿势站立在测量平台上，两脚放在测量平台的脚印位置6上，直立，抬头挺胸，目视前方，双手抱胸，通过摄像头9采集被测者正面、侧面两张图像，传入计算机。其中测量专用裤的颜色为深蓝色，左裤腿下边缘由裤裆位置向下5公分，为了穿着舒服，裤边设有可自动调节松紧抽拉式带子。测量平台由背面、右侧面和地面三块铺有深蓝色布的平板构成，相互螺钉连接，可拆卸，在三块板上都设有白色的标记线2、3、4、5，地面平板上标有脚印位置6即两个黑色脚印轮廓线，脚印内侧间距离为20cm，右脚脚印距右侧面平板的距离为40cm。摄像头9固定在摄像头机盒7里，摄像头9离地面的距离为50cm，脚印位置6距离正前方摄像头180cm，距离侧面摄像头178cm，闪光灯保证光线充足一致，无论白天夜晚都可测量，其充电为自制的USB充电电路板，不需要电池，摄像头、闪光灯都通过USB线与电脑相连接，整个装置都是可拆卸，方便安装。2)利用计算机图像处理技术，对正面、侧面两幅图像进行处理，提取出腿部轮廓。具体地说，对先进行图像是否规范的判断，如双手放到裤边以下(也就是腿部位置)、衣服没有扎进裤子里(也就是上衣挡住了蓝色裤子一部分)、闪光灯没开以致图片过暗或没有人站在测量区域，若不合规范，就提醒存在的问题，进行调整衣服和站姿后重新进行图像采集。若图像正常就检测标测量平台上白色标记线的坐标位置并记录下来，确定人腿大致区域，对该腿部区域做图像处理，具体为先对彩色图像强化皮肤特征，即符合该特征的加强其RGB值，再通灰度化转换成灰度图像，根据经验值选取合适阈值进行二值化，得到腿部区域和许多的噪声点，选用3x3的9点中值滤波去掉噪声点，利用8邻域连通法得到腿部区域的边界点并进行平滑处理，最后只保留这些边缘点，即为连续的腿部轮廓图，图像分辨率为2048x1536。3)指定测量的关键点，利用图像成像原理，可以获得所需位置的高、宽、厚，通过曲线拟合，获得该位置的围度。通过图像处理后的图片，可以直接得到腿部某点以像素为单位的高度、宽度和厚度。高度为该点的Y方向坐标减去地面标记线的Y方向坐标，宽度为正面图像中该点的所在行的右边边缘点X方向坐标减去左边边缘点的X方向坐标。医用袜所需要的尺寸是实际以厘米为单位的值，不是图像中以像素为单位的值，要通过图像成像原理进行转换。设图像后面背板的比例尺为scale，scale值为标记线的实际高度除以成像高度，即每行像素的实际高度，若腿部某点A的像素高度为Hl，A点到镜头的距离为LI，到测被测者后面背板距离为L2,则A点实际高度为H2,其计算方法为公式H2=Hl*scale*Ll/(L1+L2)。依此类推，可以计算腿部每个点的高度、宽度和厚度。通过鼠标点击选择医用压力袜所需的大腿根5公分、小腿最粗、踝骨点几个关键点。当编辑者用鼠标在图片中指定某一点时，就可以获得该点的高度和围度，但是其围度的值不能直接从图片计算中得到，但可以通过曲线拟合计算获得。围度拟合模型是由手工测量得到的各个相应部位的宽度和厚度值通过Matlab软件做二元线性回归分析得。首先，通过马丁测量仪测定个测量者腿部各部位的围度、宽度和厚度，其中脚踝(取脚底向上12cm处)和大腿根下5cm位置先通过高度测量确定位置后测量围度、宽度和厚度，小腿肚位置由侧面观察小腿肚外凸最大处定标后测量围度、宽度和厚度。拟合过程中以各部位宽度和厚度为自变量，围度为应变量采用regress函数进行回归分析，并根据残差大小剔除异常数据，再进行回归分析。最后，根据点的不同，拟合曲线的参数也不同，设各部位对应的宽度为xl，厚度为x2，医用压力袜所需的大腿根下5cm处围度为yl、小腿肚围度为y2、踝骨围度为y3，则各处对应的拟合模型分别为设宽度为xl，厚度为x2，医用压力袜所需的大腿根5公分处围度为yl、小腿最粗处围度为y2、踝骨点的围度为y3，则各处对应的拟合模型分 别为yl=-4.3579+6. 7802*χ1_2· 7964*χ2_0· 19003*χ1*χ1+0· 011771*χ1*χ2+0· 14488*χ2*χ2y2=0.29241+2. 3081*χ1+0· 88223^x2+0. 49322*χ1*χ1_1· 0457*χ1*χ2+0· 54313*χ2y3=-8. 7694+4. 4468*χ1+2· 1867*χ2+0· 32521*χ1*χ1_0· 88549*χ1*χ2+0· 27621^x2本发明只对医用压力袜所需的大腿根5公分、小腿最粗、踝骨点三处进行了拟合曲线的实验，这些参数只合适于这些部位，若换成其他部位则需要重新计算参数。4)尺寸显示、查询、保存、导出装置。根据测量结果，显示出推荐压力袜子的型号，也可以对上面面所测尺寸进行保存，根据需要进行各种条件的查询，最后可以导出所测量的数据。如按时间日期查询，可以查看今天的测量数据、本周的测量数据、本月的测量数据，对数据导出设置密码，只有知道密码的人才有权限能，密码可以重新设置。测量结果分析其测量结果与手工测量比较如下表所示(B表示脚踝C表小腿最粗D表腓骨G大腿根下5公分处，高度为鼠标点击，不做比较)
方法G周长C周长B周长
本发明测量值56.5cm38.6cm22.6cm
手工测量值55.9cm38. Icm22.8cm
误差0.6cmO. 5cm0.2cm通过200多个人体的手工测量与本发明测量进行对比，结果如下表所示
权利要求
1.一种人体下肢自动测量装置，包括图像采集装置和图像处理器，其特征是图像采集装置包括专用测量裤和测量工作台(1)，测量工作台(I)的正面和左侧各设有一个摄像头机盒(7),摄像头机盒(7)通过金属杆(10)与测量工作台(I)连接，摄像头机盒(7)上设有摄像头(9)和闪光灯(8)，图像处理器由计算机主机和显示器组成，其中图像采集装置和图像处理器通过USB数据线连接。
2.根据权利要求I所述的人体下肢自动测量装置，其特征是所述测量工作台(I)由背面、右侧面和地面三块平板组成，各面平板上均设有标记线(2、3、4、5)，地面平板上设有脚印位置(6)。
3.根据权利要求2所述的人体下肢自动测量装置，其特征是所述脚印位置(6)其脚印内侧间距离为20cm，右脚脚印距右侧面平板的距离为40cm，摄像头(9)离地面的距离为50cmo
4.根据权利要求I所述的人体下肢自动测量装置，其特征是所述专用测量裤右腿裤腿覆盖至脚踝，左腿裤腿裸露至大腿根部。
5.一种人体下肢自动测量方法，包括以下步骤 1)被测者身着测量专用裤，站立在测量工作台(I)的指定位置上，利用图像采集装置，采集被测者正面、侧面两张图像； 2)利用计算机图像处理技术，对正面、侧面两幅图像进行处理，提取出腿部轮廓； 3)指定测量的关键点，利用图像成像原理，可以获得所需位置的高、宽、厚，通过曲线拟合，获得该位置的围度。
6.根据权利要求5所述的人体下肢自动测量方法，其特征是所述步骤2)具体地为，通过检测标记线(2、3、4、5)的位置，确定人腿大致区域，并对该区域图片做处理，包括强化皮肤特征，灰度化转换成灰度图像，二值化为黑白照片，中值滤波去掉噪声点，领域连通法得到腿部轮廓图。
7.根据权利要求5所述的人体下肢自动测量方法，其特征是所述步骤3)中围度曲线拟合模型是由手工测量得到的各个相应部位的宽度和厚度值通过Matlab软件做二元线性回归分析得到，拟合过程中以各部位宽度和厚度为自变量，围度为应变量采用regress函数进行回归分析，并根据残差大小剔除异常数据，再进行回归分析。
全文摘要
本发明涉及一种人体下肢自动测量装置和方法，其装置包括图像采集装置和图像处理器，图像采集装置包括专用测量裤和测量工作台，测量工作台的正面和左侧各设有一个摄像头机盒，摄像头机盒通过金属杆与测量工作台连接，摄像头机盒上设有摄像头和闪光灯，图像处理器由计算机主机和显示器组成，其中图像采集装置和图像处理器通过USB数据线连接。发明有益的效果是本发明通过摄像头采集正面、侧面两张图像实现了对人体下肢尺寸的自动测量，能简单方便快速准确获取医用压力袜所需的各个尺寸，避免了以前靠人工手工测量时费时、费力等弊端，也可用于其他需要腿部尺寸的应用，成本低，操作简单、方便。
文档编号A41H1/06GK102763923SQ201210239309
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者丁笑君, 杨允出, 王兆青, 邹奉元, 鲁建国 申请人:浙江理工大学, 绍兴好士德医用品有限公司