[发明专利]一种基于图像的人体腰围测量方法及腰带

权利要求书

1.一种基于图像的人体腰围测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设置柔性腰带，所述柔性腰带上布置有适用于角点检测的若干标记物，并且所述若干标记物包括若干第一标记物和至少两个第二标记物，每个第二标记物均设置为与其余标记物不同的颜色类型；所述柔性腰带采用软磁条制作；所述标记物为方形，并且沿所述柔性腰带的长度方向布置；各标记物间的间距相同，并且标记物的宽度也与所述间距相同；任意两个第二标记物之间至少设置有一个第一标记物；

步骤二、采样被测者束有所述柔性腰带的图像；

步骤三、利用Harris角点检测法检测采样图像中柔性腰带上的角点；利用Harris角点检测法检测采样图像中柔性腰带上的角点，具体包括以下步骤：

计算采样图像中各像素点的水平和垂直方向导数I_x和I_y：

其中，是卷积符号，I为图像中各像素灰度值矩阵；

对采样图像中各像素点计算三个自相关参数A、B和C的数值：

其中，W_u,v为高斯滤波器，，u、v分别为高斯滤波器的长和宽，σ为高斯滤波器的方差；

然后，计算采样图像中各像素点的Harris角点响应值R：

R＝(AB-C²)-K(A+B)²

其中，K的取值范围为0.04～0.06；

如果像素点(i，j)处的R大于预设的阈值T，并且像素点(i，j)处的R值与像素点(i，j)所在8邻域的R值相比，当像素点(i，j)处的R值为极大值，则像素点(i，j)成为图像的角点；

步骤四、利用FAST角点检测法对检测到的采样图像中柔性腰带上的角点作筛选；利用FAST角点检测法对检测到的采样图像中柔性腰带上的角点作筛选，具体包括以下步骤：

遍历所述步骤三中获得的角点，针对其中一个角点p，设其坐标为(i，j)，该角点的灰度值为I_c；以角点p为中心，由角点p周围共16个像素点组成一个圆圈，所述16个像素点从1～16依次编号，其坐标分别为(i-3，j)、(i-3，j+1)、(i-2，j+2)、(i-1，j+3)、(i，j+3)、(i+1，j+3)、(i+2，j+2)、(i+3，j+1)、(i+3，j)、(i+3，j-1)、(i+2，j-2)、(i+1，j-3)、(i，j-3)、(i-1，j-3)、(i-2，j-2)、(i-3，j-1)；如果圆圈上16个像素点中有9个相邻像素点的灰度值都大于I_c+t，则保留角点p，否则舍弃角点p，t为预设的阈值；

步骤五、对检测到的角点进行二次曲线拟合；对检测到的角点进行二次曲线拟合，具体包括以下步骤：

将步骤四中获得的所有角点按其所处上下位置，分为位于上方的角点和位于下方的角点；判别方法是：针对一个角点p，设其坐标为(i，j)，计算与其相邻的4个像素点(i-3，j-2)，(i-3，j+2)，(i+3，j-2)，(i+3，j+2)灰度值的最小值，如果像素点(i+3，j-2)或(i+3，j+2)的灰度值为最小值，则角点p为位于上方的角点，如果像素点(i-3，j-2)或(i-3，j+2)的灰度值为最小值，则角点p为位于下方的角点；

对于所有位于上方的角点进行二次曲线拟合，设共有n个位于上方的角点，其坐标分别为(i₁，j₁)、(i₂，j₂)、…、(i_n，j_n)，根据这n个角点进行二次曲线拟合，二次曲线拟合的方程为：

ax²+by²+cx+dy+e＝0

其中，a、b、c、d和e是二次曲线拟合的系数，将n个角点的坐标代入二次曲线拟合方程，写为矩阵形式为：

利用最小二乘法计算二次曲线拟合的5个系数a、b、c、d和e，从而进行二次曲线拟合；

步骤六、沿二次曲线拟合搜索腰带上的其余角点，并重新二次曲线拟合；沿二次曲线拟合搜索腰带上的其余角点，并重新二次曲线拟合，具体包括以下步骤：

利用Canny算子提取图像边缘，用I_e表示边缘图像，其中用1表示边缘，0表示非边缘，I_e与采样图像大小一致；

沿二次曲线拟合搜索边缘像素点并判断该边缘像素点所在边界的闭合性，具体方法是：设

二次曲线拟合上各点坐标分别为(i_f1，j_f1)、(i_f2，j_f2)、…、(i_fn，j_fn)，以二次曲线拟合上各点坐标(i_fk，j_fk|k＝1、2、…、n)为中心，判断其上下共7个坐标点位置在边缘图像I_e中是否存在边缘点，这7个坐标点包括(i_fk-3，j_fk)、(i_fk-2，j_fk)、(i_fk-1，j_fk)、(i_fk，j_fk)、(i_fk+1，j_fk)、(i_fk+2，j_fk)、(i_fk+3，j_fk)；如果存在边缘点A(i_e，j_e)，则进一步判断A点所在边界的闭合性；从A点开始，在A点的8邻域中按上、右、右上、下、右下、左、左下、上、左上的顺序找与其相邻的点中是否存在边缘点，即按(i_e-1，j_e)、(i_e，j_e+1)、(i_e-1，j_e+1)、(i_e+1，j_e)、(i_e+1，j_e+1)、(i_e，j_e-1)、(i_e+1，j_e-1)、(i_e-1，je)、(i_e-1，j_e-1)顺序寻找，一旦找到边缘点B，则再从B点开始找与B相邻的点中是否存在边缘点，这样一直进行下去，如果找到的边缘点就是A点，则说明A点所在边界是闭合的，反之，则说明A点所在边界不闭合，并保存该点；

检测闭合边界中位于上方的角点，具体方法是：假设二次曲线拟合与闭合边界的交点坐标为M，其坐标为(i，j)，以(i，j)为当前坐标，搜索位于当前坐标上方的三个邻点(i-1，j-1)、(i-1，j)、(i-1，j+1)是否为边缘点，再以新找到的边缘点(i’，j’)为当前坐标，一直搜索下去，一旦找不到新的边缘点或新的边缘点的列坐标减去j大于1，则将当前边缘点(i’，j’)看作候选角点；计算候选角点(i’，j’)与其它已知角点(i_k，j_k)间的距离，如果边缘点(i’，j’)与其它已知角点间的距离都大于等于5，则保留角点(i’，j’)，否则舍弃角点(i’，j’)，并将角点(i’，j’)加入满足步骤五条件中所有位于上方的角点中，并按所述步骤五重新拟合二次曲线；

步骤七、搜索采样图像中柔性腰带上的截止线；具体包括以下步骤：

取出在所述步骤六中保存的不闭合边界中的点，并将列坐标最小的点(i_c，j_c)所在的列作为候选截止线；将坐标点（i_c-6,j_c+1）和（i_c+6,j_c+150）分别对应矩形区域的左上角坐标和右下角坐标，并进一步可以得到矩形区域的左下角坐标和右上角坐标分别为（i_c+6,j_c+1）和（i_c-6,j_c+150），利用上述矩形区域的左上角、右下角、左下角和右上角四个坐标就可以确定矩形区域，判断所述矩形区域内是否存在边缘点，如果存在边缘点，则将j_c加1，继续判断其右边的矩形区域内是否存在边缘点；如果矩形区域内不存在边缘点，则将j_c所在的列作为腰带的截止线；

步骤八、识别采样图像中第二标记物所属的颜色类型；识别采样图像中第二标记物所属的颜色类型，具体包括以下步骤：

对于所述步骤六中找到的各闭合边界，计算闭合边界中所有点的行坐标的最小值i_min和最大值i_max，以及列坐标的最小值j_min和最大值j_max，根据这4个值计算闭合边界的中心点坐标((i_min+i_max)/2，(j_min+j_max)/2)；

识别闭合边界的中心点的颜色类型；

步骤九、根据采样图像中第二标记物所属的颜色类型和角点数目，输出腰围数值。

2.根据权利要求1所述的人体腰围测量方法，其特征在于，所述步骤九中，根据采样图像中第二标记物所属的颜色类型和角点数目，输出腰围数值，具体包括以下步骤：

根据所述步骤八中识别的采样图像中第二标记物所属的颜色类型，确定基础腰围l₁；

计算叠加腰围l₂，从计算基础腰围l₁时采用的第二标记物出发，统计位于第二标记物上方的角点的数目；

计算附加腰围l₃，l₃等于计算截止线到其最近的角点间的距离，设截止线所在的列坐标为j_c，与截止线最近的角点M1的列坐标为j_m1，与截止线次最近的角点M2的列坐标为j_m2，则；

输出腰围等于l₁+l₂+l₃。