拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究.docx

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拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究

拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究

（）东华大学学报自然科学版Vol.37,No.4第37卷第4期Aug.2011（）2011年8月JOURNALOFDONGHUAUNIVERSITYNATURALSCIENCE

（）文章编号:

16710444201104048105222

拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究

蔡剑,林大钧,郭延龙,郝美琴

（）华东理工大学机械与动力工程学院,上海200237

摘要:

拍摄照片是非接触式测量的重要途径,已经广泛应用于图像反求等领域.服装设计合身度与

人体特征尺寸的测量方式有关.利用拍摄照片的方法获取服装人台特征尺寸,其准确度和误差大

小将决定此手段的可行性.通过理想条件进行拍照试验,采取参照标定法得出测量尺寸并进行误

差分析,提出了减小尺寸误差的合理拍摄条件,为照片反求在服装人台建模中的实际应用提供

依据.

关键词:

人体特征尺寸;3dsMAX人台建模;Matlab图像处理

中图分类号:

TP391文献标志码:

A

FeasibilityStudyofObtainingHumanBody’sCharacteristic

DimensionsBasedonthePhotoMeasurement

CAIJian,LINDa2jun,GUOYan2long,HAOMei2qin

（）SchoolofMechanicalandPowerEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,ChinaAbstract:

Photomeasurement,asakindofimportantwayofnon2contactmeasurement,hasbeenwidelyusedinimagemeasurementandotherfields.Thefitdegreeofcostumedesignrelatestothemethodsof

measurementofhumanbody’scharacteristicdimensions.Thefeasibilityofobtaininghumanbody’scharacteristicdimensions,usingtakingphoto,isdeterminedbytheaccuracyanderrorsizeofthemethod.Theexperimentismadeunderidealconditionstogetthedimensionandanalyzetheerrors,andsomereasonableconditionsareproposedtominimizetheerrors.Itprovidesbasisinthepracticalapplicationofclothinghumanbodymodelingforphotoreverse.

MAXmodeling;MatlabimageprocessingKeywords:

humanbody’scharacteristicdimensions;3ds

人体测量是通过测量人体各部位尺寸来研究人

1人体尺寸测量方法的研究与比较的形态特征,它是工业设计、人机工程等领域的重要

设计信息.在服装领域,人体测量是服装人体工效学人体测量的传统方法是直接与人体接触的手工的重要分支,是服装设计、制作的前提,也是服装工

业化生产中制定型号规格标准的基础.人体特征尺测量法,该方法应用较广泛,但测量数据有限,效率寸是服装设计所需的重要尺寸,也是三维人台建模较低,花费时间多.非接触测量是人体尺寸测量的发必须的尺寸,尺寸的精确度将影响服装成衣的合身展趋势.在逆向设计中,获得精确尺寸是一重要环度.目前国内外对人体尺寸获得方法有较为完善和节,为后期的三维人台建模提供重要的尺寸数据.针广泛的研究.对非接触测量,国内外已提出多种有效方法,并开发

了多种较为完善的设备,主要途径和方法有莫尔条

收稿日期:

2011203225

（）作者简介:

蔡剑1986—,男,山东泰安人,硕士研究生,研究方向为计算机图形学.E2mail:

myluckysuny@126.com

（）林大钧联系人,男,教授,E2mail:

ldj1953@ecust.edu.cn

纹法、激光测量法、立体摄像测量法、红外线测量法（）缘;3利用参照标定法,连续提取人台轮廓的基准以及多摄像头拍照.（）线尺寸进行误差分析;4评估合理的误差范围,提以上方法都有不足之处:

莫尔条纹法在计算机

出减小误差方法,确定照片反求的最佳条件.自动处理时无法自动确定条纹峰值及条纹级数,也2.1已知特征尺寸下进行服装人台的三维建模无法自动识别人体表面凹凸性,适用于人体曲面测

根据表1所示的特征尺寸数据,在3dsMAX中[1]量,但测量精度不够高;激光测量法精度较高,是

一种比较理想的测量方法,但要求人体在几分钟内[5]（建模,取6个基准线颈根线、肩线、胸围线、腰围保持不变姿势,且小剂量的激光会造成被测量者心）线、腹围线、臀围线,相应的控制基准点为颈椎点、理压力,同时,激光测量设备相当昂贵,设备维护和侧颈点、肩峰点、乳尖点、腹部前凸点和臀部后凸点.操作都需要相当大的人力、物力,后期点云处理复在实现参数化的三维人台造型过程中,可以根据人[2]杂,效率较低;立体摄像测量法符合人的视觉特

（体基本围度、长度诸如颈围、肩宽、胸围、腰围、臀点,但对凹下曲面的测量比较困难,精度也不高,应

[3]）用较少;红外线测量法设备应用不广,多用于科教围、背长、臀高等特征参数,生成不同型号的人台模

[4]研究;多摄像头拍照算法相当复杂、繁琐,相对于型,也可对这些特殊部位进行修改,生成特殊体形,激光测量并没有太大优势,且精度不高.因此,需要从而较好地实现人台模型的个性化造型.根据人体寻求一种简便且实用性较强的测量手段.的特征部位选择基准线如图1所示.照片测量是近年提出的一种新式非接触式测量表1标准人体比例表方法,这种方法具有操作简便、价格低廉的优点,尤

其在个性化服装设计领域,具有较高实用价值.为了Table1Standardbodyproportion降低试验成本,针对服装人体尺寸,人体特征尺寸即性别男女可从人体的正面和侧面照片获得.本文简化试验设

身高1.001.00备,提出使用一台数码相机进行试验的设想,同以上颈0.840.86测量方法比较,单摄像头测量具有以下优点:

肩0.820.81（）1相对于激光、红外线等设备,单摄像头设备腋窝0.750.75对环境要求低,成本低,操作简单,并且人们使用没胸围0.720.72有顾虑;腰围0.610.63（）2相对于立体测量、多摄像头测量等方法,单上臀围0.580.58摄像头测量拍摄操作简单,结构简单,在后期图像处中臀围0.530.53理算法上也要简单得多;下臀围0.480.48（）3单摄像头测量应用于服装设计中的人体测

量,具有较高的实用价值和可行性,并且可以便于推

广使用.

但使用单摄像头照片拍摄测量,其结果的精确

性会因拍摄条件测量误差、透视图变换误差等因素

受到影响.

因此,本文主要研究理想拍摄条件下的误差范

围,并探讨如何减小误差.

图1人体基准线

Fig.1Humanbodybaseline2研究内容基假设身高1m,选取男性人体比例,经过确定为了降低试验成本,获得可信数据,本文采用计准线、尺寸调整、网格平滑、涡轮平滑等过程,获得标（）算机数字化方法进行试验认证.具体步骤:

1应用准三维人台如图2所示.已知人体特征尺寸在3dsMAX中进行人台模型的

三维建模,然后导入AutoCAD,利用AutoCAD设2.2格式转换（）置相机合理坐标位置,设定拍摄参数;2拍摄人台3dsMAX与AutoCAD之间的数据可以进行相模型的正面和侧面照片后,进行图像处理、提取边互转换,从3dsMAX导出3dwg格式文件,再导入

483第4期蔡剑,等:

拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究

取拍照背景为蓝色和白色两组照片做试验对

比加一整面主光照以增强真实,在自然光照基础上

感染进行渲,以相机视口拍照渲.选择相机视图,并

）染拍照保存为RGB24位（的670万色640×4801

bmp.3格式照片如图4所示

图2标准三维人台

Fig.2Standardhumanbodymodel

）至AutoCAD,其中设定三维人台模型以（0,0,0坐

标为原点.

2.3设置相机图4正面照片

Fig.4Frontphoto利用AutoCAD自带的相机功能,设置相机参

数、精确调整相机位置,建立一个理想条件下的试验

（）环境.此环境具有以下优点:

1多光源照射,减少局2.5照片图像处理（）（）部阴影影响;2相机位置尺寸的精确度高;3拍摄（本文研究对象是人台照片,而目标信息尺寸顶（）过程无人为抖动影响;4可根据需要多次拍摄等.）点只有几十个点,简单地说就是从几万、几十万甚根据三维人台位置设置相机焦距、视野和试验至几百万个像素中去寻找几十个像素,最终获得需起始位置.相机位置坐标:

x=0,y=1000.0mm,要的点.z=610.0mm,初始位置高度z由1m人台总高的利用Matlab图像处理功能,将原始图像逐步简腰部为中心所定.目标位置坐标x=0,y=1000.0化到能够直接提取所需信息的图像,即每个处理阶mm,z=610.0mm.段都产生一幅新的图像,而使图像不断改变的是不

（）相机焦距参数为35.03mm,视野参数为[6]同的图像处理算法,即一系列滤波器.图像处理流

54.432?

.程如图5所示.

2.4拍摄试验照片

AutoCAD与3dsMAX之间具有良好的交互

性,设定的尺寸及参数不会发生改变.为了方便保存

拍摄照片,并能够真实渲染人台模型,将图形文件另

存为3dxf格式并导入3dsMAX,然后在3dsMAX

中建立拍照试验室,如图3所示.

图5图像处理流程Fig.5Imageprocessing图3拍照试验室

Fig.3Photographlaboratory

图像分割一般有3种途径:

（）1将各像素划归到相应物体或区域的像素聚

类方法,即区域法;

（）2通过直接确定区域间的边界来实现分割的

边界方法;

（）3首先检测边缘像素,再将边缘像素连接起

来构成边界形成分割,在图像分割技术中,最常用的

[7]是利用阈值化处理进行的图像分割.

照片图像处理系统对输入照片有要求,即人的

衣服颜色与背景颜色尽量为纯色,且两种色调反差图7基准线标记要尽量大.图像分割程度好坏直接影响测量精度.首

Fig.7Baselinemarked先采用灰度阈值分割,调整阈值为0.280,0.325,

然后调节Canny算子内的阈值范围[0.1,0.5],

2.7评估尺寸误差[8]Canny将自动选取合适阈值进行轮廓提取.保存

图片,分别对背景色为蓝色和白色的正面照片进行已知标准1m人台,人台上身长360mm,其他

试验,最终效果人台正面轮廓提取如图6所示.由于建模尺寸如图8所示.白色背景照片通过灰度处理,对比较为明显,轮廓更

为清晰,特征尺寸线同轮廓线交点少,计算方便

准确.

图8实际建模尺寸

Fig.8Practicalmodelingsize

拍摄的照片本身会有畸变现象会影,图像畸变

免或减少畸变响测量尺寸的精度,避影响的方法有:

图6边缘提取（）向畸变是关于1本文中所考虑的径中心对称的,在Fig.6Edgeextraction想拍摄范围和照片拍摄的尺AutoCAD中设置的理

寸大小的限制尽可能减小照片的畸变程度;

（2）利用2.6参照标定法计算特征基准线尺寸

方法就是Matlab图像处理,编程解决畸变.最简便首先在提取的轮廓线上根据最初所定的尺寸比

（）在方法中1基础上以纵向的对称中心线为基准,以例,在轮廓上进行标记特征顶点和基准线,然后根据

心线纵向比为已整个照片的基准比,此方法可行性（）[8]式1进行计算:

得到证实.M（）1L=×l本文中标准模型尺寸与照片测量尺寸的误差为xxmx（）误差=照片测量尺寸×模各R-标项尺寸2式中:

M为人台模型纵向中心线实际尺寸;L为各x

式中比台高:

R为中心线纵向尺寸,即人度360mm基准线反求尺寸;m为照片中人台模型纵向中心线x与人台轮廓中心线的测量长度之比.图7中两幅照长度;l为照片上各基准线长度.在AutoCAD中按x片的型尺寸与照分别为13.05和12.97.标准模R标准人体比例精确确定各基准线高度,水平绘制基

片测量尺寸的对比如表2所示.准线,比较基准线同轮廓交点之间的距离,然后连续

获得人台拍摄尺寸,基准线标记如图7所示.

第4期蔡剑,等:

拍摄照片获取人体特征尺寸的可行性研究485

表2尺寸及误差对比表同,再利用中心线纵向尺寸比方法计算,平均误差缩

小至0.872和0.680mm,精度提高了30%左右,满Table2Sizeanderrorcomparisonmm

足服装设计精度要求.测量尺寸各项误差标准建将人台旋转90?

通过拍摄侧面照片,利用同样项目模尺寸蓝色白色蓝色白色处理方式,可以获得侧面特征基准线的尺寸,经分析

发现平均误差为0.463mm,符合服装设计要求.颈宽68.05.605.625.3614.891人体的围度尺寸与人体正面宽度和侧面厚度存肩线宽腋280.021.3621.54-1.252-0.626窝线宽胸（在一种线性关系,设围度为W包括颈围、胸围、腰195.515.2315.273.2822.602围线宽腰）围、臀围都为已知,宽度为K,厚度为H,它们之间184.014.4614.514.7034.195围线宽上[10]存在的关系用回归方程:

W=X?

K+Y?

H+Z174.013.4713.491.7840.965臀围线宽表示.其中:

X和Y为不同部位相应的回归系数;Z192.214.8914.912.5811.183中臀围线为误差补偿,该数值是通过随机提取多名不同年龄220.016.5516.75-5.346-4.439下臀围线段的人体的各个围度尺寸,分别进行迭代优化而得.平均误差-0.879-0.718207.215.8115.92回归方程的系数如表3所示.1.2791.007

由表2可以看出,边界轮廓提取对尺寸测量精

度的影响,显然经过调节阈值后的白色背景提取的表3回归方程的系数轮廓更为清晰准确,有利于测量.将误差放大到真人CoefficientofregressionequationTable3模型比例时,发现此两组试验的平均误差在2,10

围度回归方程mm之间.根据服装设计中余量在5,20mm范围

的要求,可知采用照片测量的方法获得人体特征尺颈围W=1.124?

K+1.874?

H-0.703寸具有一定实用性,但还需对过程进行优化.胸围W=4.515?

K+0.793?

H-50.910经过试验,通过简单拍照进行尺寸测量,精度不腰围W=2.983?

K+0.013?

H+0.047能保证,应该考虑畸变误