利用手机拍照测量脚型数据的方法与流程

本发明涉及一种测量物体长度的方法，具体来说，涉及一种利用手机拍照测量脚型数据的方法。

背景技术

随着电商的发展，越来越多的人买鞋子都喜欢上网购买，然而，现阶段从网上购买的鞋子的退换率达到了20％～25％，即电商卖出四双鞋子就有一双鞋子退换，这样就会导致鞋子在退换过程中增加大量的快递费，而且还会造成客户的抱怨投诉，由此导致的购物体验不良已经成为最近几年严重影响鞋类网络销售增长的瓶颈问题。

现有的脚型数据测量都需受测人站到测量仪器上才能完成数据采集，鉴于脚型数据测量仪器不是普遍家庭都有，甚至连一些鞋子生产产家都没有脚型数据测量仪器，现有的不同厂家以及不同型号的鞋子的制造标准都是不一致的，当购买者在网上查询到想购买的鞋子时，购买者自行测量会出现测量数据不准确，或因缺少工具无法测量脚型数据，从而导致在网上购买的鞋子不合脚比例高，出现退换率高的现象，造成产商和消费者的困扰。

绝大部分人都缺乏自己对足部的认知，而不同的脚型在日常生活中对鞋、鞋垫的购买、甚至足部保养及护理的方式都是截然不同的。因此，怎样使人们能够既够既简便、快捷，又准确得到自己的脚部数据，这对于人体足部穿戴与，护理，以及传统鞋类研发产业升级都十分重要，但此前一直都没有得到很好的解决。传统的足部数据采集方式大致分为3大类：

1.人工测量：使用工具繁复(布带尺、钢卷尺、划笔、量高仪等)，在测量时如非专业人士可能会因测量位置的误差导致测量结果的偏差，自行测量实施可能性较小，且工作效率低、劳动强度大、操作难度大、重复再现率低、测量者之间的误差大；

2.量脚尺：相对人工测量而言，可实现自行测量，操作更简便，但测量工具的便携性稍差，且只能测量足部长度，无法得出足部宽度及足弓高度数据；

3.足部扫描仪：基于激光扫描，按一定频率从一个或多个激光源发射激光线，使用多个摄像机分别从不同角度拍摄采集多帧图像后得出足部数据，但设备昂贵(十万左右/台)、笨重(机器重量约40kg，需要占地1.5平方米左右，而且需要配置独立显示屏结合机器操作)、只能在固定地方使用(需要wifi连接才能操作，因为设备笨重不易挪动，也不利于收放)，同时，设备后续维护费用高。

现有淘宝上用手机拍照测量脚型的方法操作复杂，其误差大约在1cm，而鞋子的设计误差为5mm左右，达不到良好的脚型与鞋子尺码的匹配。

另外，由于脚型测量的不准确以及操作麻烦，现如今我国的脚型数据库并不完善。有调查显示，国人的脚病80％是后天造成的，即是说产生脚病的主要原因是鞋子的问题，因此合脚的鞋子很重要。

综上所述，亟需一种能够操作简单、测量准确的测量方法。

技术实现要素：

针对以上的不足，本发明提供了一种利用手机拍照测量脚型数据的方法，包括以下步骤：

步骤一：准备矩形参照物以及手机；

步骤二：在所述矩形参照物的短边的中线位置上设置标记线；

步骤三：将所述矩形参照物平放在水平支撑面上，被测者的脚后跟中心与中脚趾放在标记线上，保证整个脚处于参照物的中央；

步骤四：使用手机以水平角度在脚面正上方拍照，保证手机拍照的显示外框将矩形参照物全覆盖，得到脚宽图片；

步骤五：使用手机在脚侧面拍照，保证手机拍照的显示外框将矩形参照物全覆盖，调整手机角度使手机的x轴与地面的夹角基本成45°，并且使手机的y轴与地面平行，得到脚长图片；

步骤六：对所述步骤四得到的脚宽图片进行以下处理：

a1.使用图像分割算法处理图片，将前景部分与背景部分分离，所述前景部分为所述脚宽图片的矩形参照物部分，将所述背景部分的颜色设为黑色，将所述前景部分的颜色设为白色，得到第一处理图；

b1.算出所述第一处理图中矩形参照物部分四个角上的四个顶点的坐标值；

c1.将前景部分的像素提取出来，显示所述第一处理图中的矩形参照物部分；

d1.将c1步骤所得的图片转换为灰度图，并使用检测边缘算法进行处理，得到第一轮廓图；

步骤七：所述步骤六得到的图片通过计算得到对应的脚宽像素值，根据所述步骤六所得的矩形参照物部分的宽度像素值与实际矩形参照物的宽度数值的比例，进而得到脚宽的测量数据；

步骤八：对所述步骤五得到的脚长图片进行以下处理：

a2.使用图像分割算法处理图片，将前景与背景分离，所述前景部分为所述脚长图片的矩形参照物部分，通过遮罩处理，将所述背景部分的颜色设为黑色，将所述前景部分的颜色设为白色，得到第二处理图；

b2.算出所述第二处理图中矩形参照物部分四个角上的四个顶点的坐标值；

c2.将前景部分的像素提取出来，显示所述第二处理图中的矩形参照物部分；

d2.将c2步骤所得的图转换为灰度图，并使用检测边缘算法进行处理，得到第三轮廓图；

步骤九：将所述步骤八得到的图片通过计算得到对应的脚长像素值，根据所述步骤八得到的矩形参照物的长度像素值与实际矩形参照物的长度数值的比例，进而得到脚长的测量数据。

为了进一步实现本发明，所述矩形参照物为a4纸。

为了进一步实现本发明，所述步骤二的标记线为所述以a4纸的短边中线对折的折痕线。

为了进一步实现本发明，沿所述折痕线画一条直线。

为了进一步实现本发明，所述手机拍照使用专用的手机app进行拍照。

为了进一步实现本发明，所述手机app的拍摄页面设有显示外框以及拾取内框，所述app的拍照所述手机app通过内置的陀螺仪智能限定被测者的拍照角度。

为了进一步实现本发明，在进行所述步骤六前，将所述步骤四得到的脚宽图片进行中值滤波处理。

为了进一步实现本发明，在进行所述步骤八前，将所述步骤五得到的脚长图片进行中值滤波处理。

为了进一步实现本发明，在进行步骤六或步骤八之前将所述步骤四和步骤五得到的图片缩小。

为了进一步实现本发明，在所述步骤六的d1步骤后根据矩形参照物的4个顶点算出一个最小的可以包围住4个顶点的矩形，将矩形以外的部分剪切掉，得到剪切后的第二轮廓图；在所述步骤八的d2步骤后根据矩形参照物的4个顶点算出一个最小的可以包围住4个顶点的矩形，将矩形以外的部分剪切掉，得到剪切后的第四轮廓图。

本发明的有益效果：

1、本发明通过设置标记线并规范拍照测量时脚放的位置，为脚型测量的的准确度提供基础；通过拍摄时的角度控制减小拍照的操作误差；通过陀螺仪自动控制拍照角度，为拍摄者的拍摄操作提供参考基准和便捷，进一步减小拍摄的操作误差及减少操作时间。

2、本发明通过图像分割算法将图片的背景部分和前景部分进行分割操作，而后采用遮罩处理将背景部分颜色变为黑色以及将前景部分颜色变为白色，使背景部分和前景部分的界限分明，有利于参照物部分顶点的搜索计算的准确度。

3、本发明使用检测边缘算法将图片转化为轮廓图，得到脚部分的轮廓图，其轮廓图由于具有连续性，并且轮廓图可将其他杂质去除，得到关于脚宽或脚长的轮廓的线条，在进行搜索计算时将结果进一步缩小确定，提高计算精度。相比于直接在转化为轮廓图之前的图片上检索测量的脚型数据，通过轮廓图计算的脚型数据的准确度更高。

4、本发明只须一台智能手机与一张a4纸就能取得与大型或专业工具相匹配准确的脚数据，解决了一般工具以及其他脚型测量方法难以获得准确脚数据的问题，且其测量的脚型数据误差为1mm左右。

5、本发明计算过程完全自动化，无须人工干预。

6、普通人按照本方法即可简单操作，且取材方便，只须一台智能手机和一张a4纸即可取得准确的脚型数据。

7、本发明中，获得的每组脚数据可以与合作的不同品牌的鞋子进行精准匹配推荐，使每个人都能在网上买到合脚的鞋子，相应的，可提高网上购鞋的准确率，提升用户体验，让更多人敢在网上购鞋，减少退货率；另外，还可减少脚病的发生率，有利于人的身体健康。

8、本发明有利于我国脚型数据的收集和完善。

附图说明

图1为本实施例测量脚宽的拍摄图片；

图2为本实施例测量脚长的拍摄图片；

图3为图1经过滤波后的图片；

图4为图3经过处理后的第一处理图；

图5为图4中经过遮罩处理后显示a4纸部分的图片；

图6为图5转换为灰度图并用canny算法处理后的第一轮廓图；

图7为图6经过剪切后的a4纸部分的第二轮廓图；

图8为图2经过滤波后的图片；

图9为图8经过处理后的第二处理图；

图10为图9中经过遮罩处理后显示a4纸部分的图片；

图11为图10转换为灰度图并用canny算法处理后的第三轮廓图；

图12为图11经过剪切后的a4纸部分的第四轮廓图；

图13为图手机设置的坐标轴示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图13对本发明进行进一步阐述。

本发明基于图像的基本成像原理而设计的，即实物与相片是成比例缩小和放大的，两个实物的大小与成像后(相片)的该两个实物的像的大小是一致的。

利用手机拍照测量脚型数据的方法，包括以下步骤：

步骤一：准备矩形参照物以及手机。

步骤二：在所述矩形参照物的短边的中线位置上设置标记线。

步骤三：将所述矩形参照物平放在水平支撑面上，被测者的脚后跟中心与中脚趾放在标记线上，保证整个脚处于参照物的中央(如图1所示)。

步骤四：使用手机以水平角度在脚面正上方拍照，保证手机拍照的显示外框将矩形参照物全覆盖，得到脚宽图片。

步骤五：使用手机在脚侧面拍照，保证手机拍照的显示外框将矩形参照物全覆盖，调整手机角度使手机的x轴与地面的夹角基本成45°(允许该夹角的45°允许偏差，可为43°～47°)，并且使手机的y轴与地面平行，得到脚长图片；

步骤六：对步骤四得到的图片进行以下处理(注意：步骤六中的矩形参照物部分均表示为步骤四得到的脚宽图片中的矩形参照物部分)：

a1.使用图像分割算法处理图片，将前景部分与背景部分分离，前景部分为脚宽图片的矩形参照物部分，将所述背景部分的颜色设为黑色，将所述前景部分的颜色设为白色，得到第一处理图(如图4所示)；

b1.算出第一处理图中矩形参照物部分四个角上的四个顶点(即图1中的a、b、c、d点)的坐标值。

c1.将前景部分的像素提取出来，显示第一处理图中的矩形参照物部分(如图5所示)；

d1.将c1步骤所得的图片转换为灰度图，并使用检测边缘算法进行处理，得到第一轮廓图(如图6所示)；

步骤七：将步骤六得到的图片通过计算得到对应的脚宽像素值，根据步骤六得到的矩形参照物的宽度像素值与实际矩形参照物的宽度数值的比例，进而计算得到脚宽的测量数据；

步骤八：对步骤五得到的图片进行以下处理(注意：步骤八中的矩形参照物部分均表示为步骤五得到的脚长图片中的矩形参照物部分)：

a2.使用图像分割算法处理图片，将前景与背景分离，前景部分为脚长图片的矩形参照物部分，将所述背景部分的颜色设为黑色，将所述前景部分的颜色设为白色，得到第二处理图(如图9所示)；

b2.算出第二处理图中矩形参照物部分四个角上的四个顶点(即图1中的a、b、c、d点)的坐标值。

c2.将前景部分的像素提取出来，显示第二处理图中的矩形参照物部分(如图10所示)；

d2.将c2步骤所得的图转换为灰度图，并使用检测边缘算法进行处理，得到第三轮廓图(如图11所示)；

步骤九：将步骤八得到的图片通过计算得到对应的脚长像素值，根据步骤八得到的矩形参照物的长度像素值与实际矩形参照物的长度数值的比例，进而计算得到脚长的测量数据。

其中，通过手机拍照使用专用的手机app进行拍照，其手机app通过内置的陀螺仪智能限定被测者的拍照角度，进一步使拍摄者操作更方便。本发明在拍摄脚长测量的图片时，需要有除被测者之外的拍摄者拍照，不然不能保证拍出的照片所测量的脚长数据的准确性。

进一步地，如图3所示，在进行步骤六以及步骤八之前，将步骤四以及步骤五得到的照片分别加载到矩阵进行中值滤波处理，使照片变得更加平滑，有利于后续处理图片时受到的干扰变少，提高测脚宽数据的准确性。

进一步地，为使运形时间减少，可在步骤六的d1步骤后根据矩形参照物的4个顶点算出一个最小的可以包围住4个顶点的矩形，将矩形以外的部分剪切掉，得到剪切后的第二轮廓图(如图7所示)；将第二轮廓图通过计算得到对应的脚宽像素值，根据矩形参照物的宽度像素值与实际矩形参照物的宽度数值的比例，进而得到脚宽的测量数据。

进一步地，为使运行时间减少，可在步骤八的d2步骤后根据矩形参照物的4个顶点算出一个最小的可以包围住4个顶点的矩形，将矩形以外的部分剪切掉，得到剪切后的第四轮廓图(如图12所示)；将第四轮廓图通过计算得到对应的脚宽像素值，根据矩形参照物的宽度像素值与实际矩形参照物的宽度数值的比例，进而得到脚宽的测量数据。

进一步地，为缩短图像分割算法的运行时间，将步骤四和步骤五得到的图片缩小，可缩小一倍或多倍，但需要保证图片最终的计算脚型数据的准确度。

本发明可使用任意具有确定尺寸并可包围脚的规则物体作为参照物，其参照物为可为矩形参照物或圆形参照物，其参照物优选为确定尺寸的矩形参照物，使操作方便以及使测量更准确，在方形参照物的短边中线位置上设置标记线。优选地，本实施例中，使用a4纸作为对比参照物，a4纸较普遍常见，取材方便，容易操作，且a4纸为白色，有利于在对图片处理时的拾取及运算；a4纸以短边中线对折形成的折痕线作为标记线，可确定放脚的位置，减少人为操作的误差，当被测者测量脚时，可根据折痕线作为基准放脚，此时，在放脚时，依照脚后跟中心与中脚趾放在折痕线上，使脚的整体与纸的长边基本平行，较小误差，从基础上使脚的测量数据更加精确。另外，为使折痕线更加清楚，可沿着折痕线化一条直线。

本实施例中，使用专用的手机app进行拍照测量，其手机app内设有陀螺仪，手机app的拍摄页面设有显示外框以及拾取内框。

在测量脚宽数据需要的脚宽图片时，手机app内的陀螺仪获取到手机按照图13分配的坐标轴的x轴跟y轴与地面的角度数据，使用x轴跟y轴与地面的角度数据控制app中的圆点的位置与颜色，调整手机角度使x轴跟y轴都与地面平行，此时手机的中心绿色圆点进入中心，整个外框及中心变成绿色，拍摄者尽量拿稳手机，拍摄照片。另外，手机的显示外框的其中一条边尽量与a4纸的一条边保持平行，以保证脚宽数据的准确度。

在测量脚长数据需要的脚长图片时，为使拍摄时重心较稳，另一只脚应比被测脚稍前(如图2所示)。手机app使用陀螺仪获取到手机按照图1分配的坐标轴的x轴跟y轴与地面的角度数据，使用x轴跟y轴与地面的角度数据控制app中的圆点的位置与颜色，调整手机角度使x轴与地面的夹角成45度左右或者-45度左右,并且使y轴与地面平行，此时屏幕中心小圆点进入中心变绿，整个外框也变绿的时候，拍摄照片。手机的显示外框的其中一条边尽量与a4纸的一条边保持平行，以保证脚长数据的准确度。

若无上述拍照时的智能感应，则在拍摄脚宽和脚长的图片时，拍摄者手动操作容易造成误差，需要通过感官判断拍摄，在拍摄时，可能人手会抖动，又或者是判断并不准确，造成误差。通过陀螺仪的自动感应，可使拍摄者更加方便操作，同时，使测量更加准确。

手机拍摄脚宽和脚长的图片后，通过手机app内部算法对图片进行处理。

由于照片拍摄出来后有些线条呈锯齿状且分布不均匀，不利于测量计算，因此本实施例中对图片通过中值滤波处理，使照片变得更加平滑，有利于线条拾取和使计算更加准确。

经过平滑处理后的照片使用图像分割算法处理，对a4纸部分与a4纸之外的背景做分割，a4纸部分为前景部分，得到一张对应原图中前景部分设为白色、背景部分设为黑色的遮罩图，有利于颜色区分，对后续使用遮罩图来找四个顶点会更加简单。需要说明的是，遮罩图是另外一张图，并不改变原图的像素设置。另外，由于图像分割算法的运行时间较长，为使运行时间缩短，可将图片缩小一倍。图像分割算法有多种，包括watershed、grabcut、k-means、otsu'ssegmentation、mumford-shah、activecontour，本实施例中，优选地，使用grabcut算法。

在测量检测中，由于背景部分与前景部分颜色的干扰，相应的，前景部分即a4纸部分的四个角的顶点的位置不好确定，若直接计算四个顶点的坐标值，则该四个顶点的值容易跳动且不准确，最终影响脚型测量的准确度。通过将背景部分的颜色设为黑色以及将前景部分的颜色设为白色，使背景部分与前景部分的界限分明，在检测计算时，a4纸部分的四个顶点比较容易并准确的被找出来，所得的a4纸部分的四个顶点的坐标值就会更准确。

计算a4纸的4个顶点后，通过遮罩处理提取前景部分的像素，遮罩处理即是指将遮罩图的白色部分镂空并显示出被覆盖的前景部分(即是a4纸部分)，重点处理a4纸部分，此时包括黑色的背景部分。为使运行时间更短且不影响数据失真，将图片转化为灰度图，使用检测边缘算法对a4纸部分进行边缘检测，得到a4纸部分包括脚的轮廓图。检测边缘算法有多种，包括roberts、prewitt、sobel、log、canny、laplacian，本实施例中，优选地，使用canny算法。

由于整个图片较大，而所需要测量部分为a4纸部分，为缩短运算时间，通过用前面a4纸的4个顶点算出一个最小的可以包住4个顶点的矩形形，并将矩形以外的部分去掉，留下包围a4纸部分的矩形的轮廓图。

最终对a4纸部分的轮廓图进行搜索计算，分别得到脚宽和脚长的像素值数据，进而计算得出脚宽和脚长的测量数据。

通过本发明的方法测得的脚型数据，误差为1mm左右。如图1所示，通过本发明的方法测得a4纸的宽度pab的像素值为1427，脚宽pef的像素值为717，通过公式：ef＝(ab*pef)/pab，可得出脚宽ef的测量数据为105mm，而测量对象的实际脚宽数据为104mm，其脚宽的测量误差为1mm左右；如图2所示，通过本发明的方法测得a4纸的一边长度pad的像素值为2183，另一边长度pbc的像素值为1757，脚宽pgh的像素值为1676，通过公式：gh＝((ad+bc)/2*pgh)/(pad+pbc)/2)，可得出脚宽gh的测量数据为253mm，而测量对象的实际脚宽数据为254mm，其脚宽的测量误差为1mm左右。

为说明本发明的脚型的准确性，以下为实际数据的对比：

以上的脚型数据及尺码匹配表以必迈鞋子的尺码作为举例，通过本发明的推荐尺码、实穿尺码和量脚器尺码的对比，可得：本发明的推荐尺码与实穿尺码基本一致，而量脚器尺码与实穿尺码相比有较大误差，量脚器和手机app测得的脚型数据相差较大，而本发明通过测得的脚型数据所得的推荐尺码与实穿尺码基本一致，说明本发明测得的脚型数据更加准确。

本发明可以有效地把脚宽与鞋楦前掌宽度、脚长与楦头长度相对应，再结合鞋子的结构、材料，就能有效地为某组脚数据推荐某个品牌相对合脚的鞋子。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。