[发明专利]一种非侵入式大运动条件下人体测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉以及传感测量领域，尤其涉及针对大运动条件下着衣人体体征参数的测量问题。

背景技术

非侵入式人体体征参数测量在监控、电子商务以及虚拟现实等方面扮演着重要的角色。在进行体征参数测量之前，需要获得人体模型的重建。近年来，民用激光雷达技术高度发展，可以用来获得精确人体模型重建。然而，二维激光雷达的市场价格通常在240,000-3，000,000元人民币左右，这极大地限制了激光雷达在非侵入式人体测量领域的大规模应用；另一方面，激光雷达需要受测者身着紧身衣或半裸才可获得精确人体体征参数，这对于多数公开场合的应用是不现实的。在相关领域的研究人员的不懈努力之下，近年来，无标记多相机人体建模系统也得到了长足地发展，然而商用无标记多相机系统不仅搭建麻烦，而且占用较大空间，并且在价格上优势并不明显。当前，采用单目彩色相机与深度摄像机组合测量人体体征的方案也为国际上广大研究者所关注，它的优点显而易见，即价格低廉，构建方便，占用空间小，有着良好的应用前景。然而，当前的“单目彩色相机+深度相机”架构测量人体体征的方案限制人体仅作小幅运动，并对于着衣情况有着半裸或者着紧身衣的要求，这极大地限制了公开场合单目架构下的非侵入式人体测量方案的广泛应用。所以，如何尽量节省成本，减少对测量目标运动以及衣着情况限制，是目前非侵入式人体体征测量领域的一个重大问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明采用了单目彩色相机与深度相机的联合架构，它具有价格低廉、安装快捷等特点。于算法上，本发明拓展了当前运动捕捉领域前沿的多层运动滤波器技术，采用了最接近人体的SCAPE肌肉模型作为运动跟踪模型，精确恢复人体运动参数。依靠运动中衣物的起伏变化信息，创造性地采用时空分析的方法，消除衣物影响，在此基础上，精确测定了人体体征参数。

本发明的发明目的是：在不限制人体运动以及着衣条件的情况下，非侵入、精确地测量人体体征参数，如身高、臂长、腿长、腰围、胸围等，主要应用于虚拟试衣、虚拟现实和电子商务等应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种非侵入式大运动条件下人体测量方法，本方法及系统主要由四个主要阶段组成。

第一阶段为数据采集阶段。在这一阶段中，“单目彩色相机+深度相机”系统连续、同步地获取彩色图像与深度图像。

第二阶段为人体运动捕捉阶段。在这一阶段中，人体姿态参数采用多层运动滤波器算法获得。多层运动滤波器的第一层是运动检测模块，运动检测模块采用计算机视觉自底向上的方法自动获得粗略人体参数，作为第一帧以及失败恢复帧的初始化。多层运动滤波器的第二层是运动跟踪模块，除第一帧外，每一帧采用上一帧姿态参数作为初始化，以最大后验概率算法作局部优化，获取精确姿态参数。与传统的基于类圆柱模型下的姿态跟踪不同，本发明基于SCAPE（Shape Completion and Animation for People）肌肉模型更真实地恢复了人体运动参数。为了应对四肢与头部的径向转动，在最大后验概率算法的框架下，引入了彩色图像约束，而为了应对SCAPE肌肉模型与真实深度测量的细节差异，基于CPD（Coherent Point Drift）算法构建了边

缘约束，总的优化目标函数如下所示：

argminqErgb+Esilhouette+Edepth+Eextra+Eprior.]]>