[发明专利]基于三维点云数据的人体尺寸自动测量方法

说明书

技术领域

本发明属于人体测量技术领域，具体涉及人体尺寸的测量，特别涉及一种非接触式人体尺寸自动测量方法。

背景技术

人体测量学是现代经济和以用户为中心进行设计的关键部分，如服装设计、服装裁剪、模特体型测量等领域中获得人体的精确外形尺寸是下一步工作的基本前提之一，现在越来越多的人意识到人体测量数据在提高产品设计及工作空间设计等的质量方面的重要作用，近十几年来，三维激光扫描技术的成熟，使得对人体尺寸进行精确测量和快速计算成为可能，目前通过三维激光扫描方法建立的人体尺寸测量数据集合，广泛应用在人体形态、服装设计、多媒体动画制作、雕塑及文物复制等领域。与传统的人体测量方法相比，三维人体扫描技术具有速度快、无接触、精度高、自动化程度高等特点。

目前为简化手工测量的复杂性和不确定性，主要有两种测量技术方案。第一种，国内一些专利提出了接触式人体尺寸测量装置和红外人体尺寸测量系统，这些技术需手工或半自动识别特定的人体特征点，并借助特定的算法可以得到人体尺寸。但是不同的测量专家可能因为选择人体特征点的不同而导致测量结果的不稳定性。因此这种手工识别或半自动识别特征点的测量方法在测量工作的复杂性和测量结果的准确性上存在很多人为因素。

另一方面，随着计算机视觉技术的广泛应用，借助二维图像的采集系统的非接触式人体外形尺寸测量技术得到了发展。近两三年国内相应出现了该种技术方案的专利，主要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。其中图像获取设备主要有数码相机、摄像机、CCD传感器等，获得被测人体的正面、侧面及背面图像，对图像进行特定算法处理，自动提取人体特征点或利用事先标定的人体特征点再合成三维人体模型，进行尺寸测量。该技术方案测量系统较为简单，但涉及到的半自动找取人体特征点存在很多人为的不确定因素，及由二维人体图像合成三维人体模型的过程中，重建的三维人体模型不是原始数据，算法的不同或不完善性会导致人体模型的不可靠性，进而影响人体尺寸的测量结果。

激光三维扫描仪的出现使人体尺寸和体型测量领域产生了标志性改变，进入了数字化阶段，人体测量软件的研发成了研究热点。1989年研制出了第一个用于三维扫描仪的提取三维人体尺寸和形状的软件LASS；随后日本服务于生活质量的人类工程学（HQL）研究中心利用传统测量方法和三维人体扫描仪进行了一次大规模人体尺寸测量调查，验证了三维人体扫描仪在测量人体尺寸的精度和重复性；同时美国、荷兰和意大利等国家在1998到2002年间实施了CAESAR工程，利用三维人体扫描仪（TC2）采集人体尺寸数据建立了三维人体模型的数据库，利用彩色信息和提取预标记的人体特征点以获得人体尺寸的数据；2003-2004年，又有几次大型的人体测量调查，如英国的SizeUK、美国的SizeUSA、中国的SizeChina、IFTH进行的法国人体尺寸测量调查、台湾等。上述人体测量软件得到的人体尺寸结果的误差基本符合美国军方调查给出的人体尺寸的允许误差范围。而本发明所用的激光三维人体尺寸自动测量系统，利用特定算法全自动提取人体特征点、自动计算人体尺寸和显示人体的三维表面形态，且测量结果的误差符合国标GB/T 23698-2009 《三维扫描人体测量方法的一般要求》给出的标准。

现在人体尺寸和形体测量中的挑战性问题是三维人体点云数据的处理，尤其人体特征界标的确定、体型分析与比较等技术。关于人体特征界标的找取算法，最早出现的是1998年由Clemson大学的Roy P.Parges提出了半自动提取人体特征点的算法，扫描前手动标出特征点,然后再自动提取这些突出点；之后，提出了改进的半自动提取算法，利用彩色CCD采取RGB信息，人体特征点可利用三维点云数据的彩色信息得到，该算法准确度高重复性差，但不适合大型测量，可作为校验用；2000年Buxton提出利用人体轮廓的几何信息，如进行人体表面和曲线拟合等算法后再根据人体体型进行找取特征点，国内也于2005年也是根据曲线拟合找取人体特征点，但该算法复杂、费时 ；Allen,Curless于2003年提出了模板映射方法，该算法实用性差，需要有复杂的三维人体数据库。相比较而言，国内对人体特征点找取算法的研究较少。东华大学、中科院、重庆大学、浙江大学等因为其他研究需要对人体特征点的找取算法进行了不同的研究，基本是基于三维重建后的人体模型，测得值存在较大误差。

发明内容