（机械电子工程专业论文）基于数码相机的人体制衣尺寸测量系统的研究.pdf

摘要 近年来，随着物质文化生活水平的不断提高，人们对服装的要求也越来越严格越 来越重视。只是平时到商店去选购衣服已不能满足一部分人舒适性的要求了，他们要 求能有一套完全适合自己体型的衣服。 由于计算机的飞速发展，服装制造业自动化的程度也随之不断提高，在美国，德 国等一些发达国家已出现了针对个人的计算机量体裁衣。但在我国，服装产业正处于 发展阶段，设计能力还不强，自动化程度的起步比较晚，这些都制约着服装工业的发 展。 随着服装c a d 、c a m 技术的不断发展，其在服装制造业的具体应用也越来越多， 基于此，服装的设计与生产进入了自动化、高效率的时代。尽管如此，我国现如今绝 大多数对人体尺寸的测量还是基于人工皮尺的。这种手工测量的方法存在多种弊病， 如主观性误差大，测量后查询数据的不方便，耗时多等等。 鉴于以上背景，结合如今成熟的数码技术，方便快捷的测出人体的三维尺寸，已 成为许多大型服装企业的重点考虑问题。因为，针对基于数码相机的三维人体快捷制 衣量体系统已成为当今社会发展的一个必然趋势。 本文基于以上的背景，研究了以普通数码相机为基础的基于机器视觉技术的制衣 量体系统。所做的工作主要包括以下几个部分： ( 1 ) 图像的获取。主要通过普通的数码相机在自制标定板前摄取被测人体的正 面和侧面两幅图像。 ( 2 ) 图像预处理部分。主要研究了j p g 图像到b m p 图像的转换；彩色图像到黑 白图像的转换；图像的滤波去噪；边缘提取以及二值化。 ( 3 ) 图像标定部分。主要研究了基于机器视觉技术的人体测量标定系统，找出 图像像素点与实际空间坐标点之间的对应关系，为人体测量打下基础。 ( 4 ) 人体图像特征点提取部分。主要研究了基于人体普通体型的特征点提取流 程及相应的算法。 ( 5 ) 人体制衣关键尺寸的计算与拟合。利用已得到的标定关系与人体已知特征 点，计算与拟合用于制衣的关键尺寸。 最后，根据此测量系统，以v c + + 6 0 为基础开发出了一套视觉离线测量软件，实 现了标定、测量、分析和数据存储等各程序模块的集成化设计。软件界面友好，操作 简单。 关键词：机器视觉；人体测量：标定；拟合；测量系统 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，谢t l lt h ei n c r e a s i n gi m p r o v e m e n to ft h es t a n d a r do fl i v i n g ，p e o p l e b e c a m em o r ec r i t i c a la b o u tt h e i rc l o t h i n g ，a n dp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h e i rd r e s s i n g t o s e l e c ts o m ec l o t h e si nd e p a r t m e n ts t o r e sa sb e f o r ec a l ln ol o n g e rs a t i s f yp e o p l e sd e m a n d f o rt h e i rc o m f o r t ，t h e yp u r s u i to fas u i to fc l o t h e sp e r f e c t l yf i tt ot h e i ro w ns i z e a st h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h el e v e lo fa u t o m i z a t i o ni nc l o t h e s m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r i e sh a sg a i n e dt h ep r o g r e s s i n ga d v a n c e m e n t i na m e r i c a , g e r m a n y a n ds o m eo t h e rd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，t h e r ei s a l r e a d yt h et e c h n o l o g yw h i c ht a i l o r st h e c l o t h e st oo n e so w nr e q u i r e m e n tb yc o m p u t e r h o w e v e ri nc h i n a , a sar e s u l to ft h e h i s t o r i c a lr e a s o n s ，t h ec l o t h e si n d u s t r yi sd e r d e v e l o p i n g ，t h ed e s i g n i n gc a p a c i t yi sn o ty e t s t r o n g ，a n dt h ei n i t i a t i o no fa u t o m i z a t i o ni sm u c hl a t e rt h a nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，a l lt h e s e f a c t o r sh a v eb e e nc o n s t r a i n i n gt h ep r o d u c t i o na n dq u a l i t yo fc l o t h i n ge n t e r p r i s e s w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fc a da n dc a m ，i t sp r a c t i c a l a p p l i c a t i o ni nc l o t h i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sh a sb e e nm o r ea n d m o r ee x t e n s i v e f o rs u c h r e a s o n s ，t h ed e s i g na n dp r o d u c t i o no fc l o t h e sh a v ec o m ei n t ot h ee r ao fa u t o m i z a t i o na n d e f f i c i e n c y n e v e r t h e l e s s ，n o w a d a y si nc h i n a , m o s tk i n d so fa p p r o a c h e si nm e a s u r e m e n to f h u m a nb o d yh a v eb e e nb a s e do nt h ea r t i f i c i a ll e a t h e rr u l e s o fc o u r s e ，t h e r em u s tb ev a r i o u s d i s a d v a n t a g e si ns u c hk i n d so fa p p r o a c h e s f o ri n s t a n c e ：h i 【g hr a t eo fs u b j e c t i v ed e v i a t i o n , g r e a tl a b o ri n t e n s i t y , t h ei n c o n v e n i e n c yt oq u e r yd a t aa f t e rm e a s u r e m e n ta n d t h e c o n s u m p t i o no ft i m ee t c i nv i e wo ft h ea b o v ea n a l y s i s ，h o wt oe f f i c i e n t l ym e a s u r et h e3 ds i z e so fh u m a nb o d y w i mt h eh e l po fa d v a n c e dd i g i t a lt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h ep r i o r i t yc o n s i d e r e db ym a n y l a r g e - s i z e dc l o t h i n ge n t e r p r i s e s s ot h ee f f i c i e n t3 dm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yo fh u m a n b o d yb a s e du p o nd i g i t a lc a m e r ah a sb e c o m ea ni n e v i t a b l et r e n do fm o d e ms o c i e t y 删st h e s i sw h i c hi sb a s e du p o nt h ea b o v eb a c k g r o u n d ，h a ss t u d i e dt h em e a s u r e m e n t s y s t e mo nt h e b a s i so fm a c h i n ev i s i o nc l o s e l yr e l a t e dt od i g i t a lc a m e r a t h em a i n o p e r a t i o n a lp r o c e d u r e si n c l u d et h ef o l l o w i n gf i v es u b j e c t s ： ( 1 ) a c c e s st ot h ei m a g eo fh u m a nb o d y t w op i c t u r e so f t h ef r o n tp a r ta n dt h es i d ep a r t o ft h ep e r s o ns h o u l db et a k e nt h r o u g hc o m m o nd i g i t a lc a m e r as e to nt h es e l f - m a d e c a l i b r a t i o nb o a r d ( 2 ) t h ep r e - p r o c e s so f t h ei m a g e n l et r a n s f o r m a t i o nf r o mj p gi m a g et ob m pi m a g e a n df r o mc o l o r e di m a g et og r a yi m a g es h o u l db es t u d i e d ；t h ef i l t e r i n ga n dr e d u c t i o no ft h e n o i s eo ft h ei m a g e ；t h ee x t r a c t i n go ft h ee d g ea n dt h et h r e s h o l d i n go ft h ei m a g e ( 3 ) t h ec a l i b r a t i o n t h ec a l i b r a t i o ns y s t e ma b o u tt h eh u m a nb o d ym e a s u r e m e n to nt h e b a s i so ft e c h n o l o g yo fm a c h i n ev i s i o ns h o u l db ec o n s i d e r e d ，f i n dt h ec o r r e s p o n d i n g r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep o i n t so nt h ei m a g ea n dr e a ls p a t i a lp o i n t s a l lo ft h e s ea l et h e p r e p a r a t i o n sf o rt h eh u m a nb o d ym e a s u r e m e n t ( 4 ) t h ee x t r a c t i n go fh u m a ni m a g ec h a r a c t e r i s t i c s t h em a j o rr e s e a r c hi st h ee x t r a c t i o n o nt h eb a s i so ft h ec o m m o np e o p l e sc h a r a c t e r i s t i c sa n di t sa l g o r i t h m ( 5 ) 1 1 1 ec o m p u t a t i o na n df i t t i n go ft h ec r i t i c a ls i z ec o n c e r n i n gt h em a k i n go fc l o t h e s 1 1 1 ea l r e a d yo b t a i n e dc a l i b r a t i o nd a t aa n dt h ek n o w nh u m a nb o d ym a i np o i n t ss h o u l db e t a k e nt oc o m p u t ea n df i tt h ek e ys i z e su s e df o rm a k i n gc l o t h e s t o w a r d st ot h ee n d ，a c c o r d i n gt ot h i sm e a s u r e m e n ts y s t e m ，as e to fs o f t w a r ew h i c hi s b a s e do nt h em a c h i n ev i s i o no nt h eb a s i so f v c + + 6 0h a sa l r e a d yb e e nd e v e l o p e da n dt h e r e l e v a n tp r o c e s sw i l lb et a k e na td i f f e r e n tt i m e s t 1 1 i ss e to fs o f t w a r eh a sr e a l i z e dt h e i n t e g r a t e dd e s i 凹o ft h ev a r i o u sp r o c e d u r em o d u l e sa b o u tc a l i b r a t i o n ，m e a s u r e m e n t ，d a t a a n a l y s i sa n ds a v i n g t h ei n t e r f a c eo ft h es o f t w a r ei sc o r d i a la n dt h eo p e r a t i o no fi t i s s i m p l e k e yw o r d s ：m a c h i n ev i s i o n , m e a s u r e m e n to fh u m a n b o d y , c a l i b r a t i o n ，f i t , p o r t a b l e m e a s u r i n gs y s t e m 天津科技大学硕士学位论文 1前言 1 1 基于机器视觉技术的三维人体测量系统概述 当今社会，由于科学技术的快速发展，服装业也随着发生了翻天覆地的变化。新 的购物方式将是通过在家看互动电视或浏览互联网来选择服装款式，利用电脑或电话 传送体型资料，直接向零售商订购。间接购物的穿着合身问题，将使基于机器视觉技术 的三维人体测量技术在未来的购物模式中得到应用【l 】。 基于机器视觉技术的三维人体测量系统的应用前景便是根据个人体型来订购服 装，相比传统的人工皮尺测量，具有测量速度快，精度高，省时省力等优势。基于机 器视觉技术的三维人体测量的方法也多种多样，有摄像法，包括二维摄像和三维摄像： 有扫描法，包括激光扫描和红外线扫描；有光栅法，包括莫尔条纹、分层法和相位法 t i n - 彳r o 基于机器视觉技术的三维人体测量是实现服装设计过程自动化、智能化中的一项 重要而又难度较大的技术。而其中机器视觉技术是测量的核心。近年来随着计算机技 术的飞速发展和图形图像处理技术的不断成熟，使人体三维测量系统提高了效率和精 度，同时也提供了良好的软、硬件基础，从而进一步推动了人体三维测量方法的重大 变革【2 1 。 现如今以成形的基于机器视觉技术的三维人体测量系统在国内外也相当多，国际 上常用的人体扫描仪有t e l m a t 的c y b e r w a r e w b 4 、t e c h m a t h r a m s i s 、v i t r o n i c v i t u s 、 s y m c a d 、t u r b of l a s h 3 d 、t c 2 3 t 6 等【3 1 ；而西安电子科技大学前不久已经成功的 研制非接触式三维人体测量系统，并且通过了部级技术鉴定。 1 1 1 基于机器视觉技术的三维人体测量系统的意义 在我国，近几十年来服装c a d 、c a m 技术有了突飞猛进的发展，并且也与服装 工业十分紧密的结合在了一起，使服装的设计与生产进入了自动化、高效率的时代。 但是作为服装设计和制造的最开始人体测量，所采用的测量方法仍然以手工测量 为主，这种测量方法存在着许多不科学的弊病： ( 1 ) 测量的定位是由测量者主观认识来确定的，而用这些数据来进行c a d 造型 设计时，不能保证测量位置的唯一性； ( 2 ) 测量者读取数据时随意性和主观性都很大，并且测量的好坏程度与测量者的 工作态度有关： ( 3 ) 当测量时间过长时，测量者会产生厌烦或急躁情绪，这些都可能影响测量的 精度； ( 4 ) 手工测量方式的速度较慢，用时较长，尤其不利于外出测量； ( 5 ) 手工测量出来的数据不易于管理，并且记录时容易出现笔误。 鉴于手工量体存在以上缺点，如何在非接触的条件下，实现准确、客观、快捷地 i 前言 测量人体尺寸，已成为许多大型的服装企业重点考虑的问题。 近几十年来机器视觉检测方法理论的发展，为服装行业中基于机器视觉技术的测 量打下了坚实的基础。国内外许多学者也提出了一系列的测量方法，这些方法都是采 用机器视觉检测技术，构造视觉检测系统，对所拍摄的人体图像进行处理，最后采用 一定的算法来获得相关的人体数据。 在近二、三十年里，基于机器视觉方法的三维人体测量技术得到了飞速的发展， 并且以其独特的优势，抱着以人为本的原则，应用到与人体相关的各类产品的设计与 研究中。在服装工业中，它加快了企业对市场的反应速度，同时也将服装生产与高科 技紧密的结合起来，使其更加人性化和个性化，推动了服装工业的发展。 1 1 2 基于机器视觉技术的三维人体测量系统在服装制造业中的应用 2 1 世纪的服装行业中，服装生产自动化、市场快速反应是竞争的焦点。发展电子 商务是服装企业在2 l 世纪挑战自我发展空间的重要标志和手段。如何在短时间内根 据终端客户或客户群本身的特征生产、销售令客户满意、合体舒适性高的服装是提高 行业竞争力，使企业创收盈利的重要途径【3 1 。 在服装行业里，服装的型号是设计服装和生产服装的参考和重要依据，比如s 码 是指身高1 5 5 c m 1 6 0 c m 的人群，l 码是指身高1 6 5 c m - 1 7 0 c m 的人群，x l 码是指身 材高1 7 0 c m - 1 7 5 c m 的人群等。在如今的工厂里，服装往往是大批量生产的，这样生 产出来的服装，其合体性一般都比较差。关键原因在于目前所使用服装号型很难确切 地反映目标客户人群中每个个体的体型特征，同时，受到测量方法、工具的限制，很 多即使已经测出来的数据也不能够真实地反映现代人群。 而基于机器视觉技术的测量可灵活准确地对不同地域、国家的人体进行测量，获 得有效数据，建立客观、精确反映人体特征的数据库。把所得到的数据库进行归纳整 理，这样即便于查询和管理，又便于比较、分析和应用，同时最重要的是还可以追踪、 研究客体和客体群组的整体变化情况，建立一个“流动 的人体数据库，为服装号型 的修订、更新及人体体型的细分提供理论依据【3 j 。 用基于机器视觉技术的测量方法建立适用于服装设计的三维人体模型是构建三维 服装c a d 系统的基础之一。 三维人体建模的方法又可划分为以下几种【4 】： ( 1 ) 线框建模。基于计算机图形学的一种采用点、直线、圆弧、样条曲线等构造 三维物体图形的方法。线框建模只有点、线的信息表示一个形体，数据量少，定义过 程简单，对其编辑、修改非常快，符合人们打样的习惯。但是线框建模由于包含的信 息有限，在对人体建模时有模糊性和歧义性，无法实现三维人体模型的自动消隐及真 实感人体模型显示，并且无法进行剖面操作。 ( 2 ) 实体建模。基于顶点、边界、表面和实体等几乎所有的几何和拓扑信息来进 行实心部表达的一种方法。信息表达十分完整，但是随着物体复杂度的提高，计算量 天津科技大学硕士学位论文 也会非常的大，导致计算效率差，耗时长。 ( 3 ) 曲线建模。以数学曲面为核心来表达物体表面走势的一种方法。数据较少， 易于计算，但是由于此种方法只记录了物体的表面，所以并不能进行剖面操作。 ( 4 ) 物理建模。基于物理的建模方法在建模过程中引入了人体自身的物理信息、 人体所处的外部环境因素和时间变量，对人体或服装进行三角、网格或粒子划分，进 行能量、受力分析，能较真实地模拟柔性物体的特征。此种方法对物体的模拟程度很 高，但是其建模时的复杂度也相当大。 ( 5 ) 混合型建模。混合型建模就是建模的不同阶段或物体的不同部位综合运用以 上几种方法，这样便可发挥各种建模方法的不同的长处，而弥补某些建模方法的不足。 目前世界各国已认识到建立人体数据库的重要性，并相继展开这一方面的研究： 美国、荷兰和意大利正在进行一项叫做c a e s a r ( 美国本土和欧洲人体测量) 的联合 调查。法国纺织品与服装研究所花费1 0 0 万欧元，对上万名不同年龄段的法国人进行 调查研究，重新划定国人的服装规格；伦敦调查了1 0 0 0 0 名英国的男人、女人和孩子， 发展尺码数据库，以提高服装的适合程度。 我国，广东赛博服装科研中心投入2 4 0 0 多万元人民币启动“中国三维人体数据库 项目，成为了国内规模较大、设备较先进、专业技术水平高的服装研究实体。测量结 果使原来的四个号型增加到七个，为未来服装生产的运作模式大规模定制与个性 定制，实现企业量身定制系统打下坚实的基础。此外，东华大学、西安工程科技学院 等院校也相继展开了人体数据库的研究p j 。 1 1 3 数码相机与三维人体测量系统的结合是发展趋势 近年来，由于机器视觉技术的不断发展及成熟，国内外在三维人体的测量系统中 也取得了许多丰硕的成果；在许多高校中也都陆续建立了相应的研究实验室。但所研 究的系统中，有的系统由于摄像机数量较多，导致了测量设备的结构复杂、成本过高； 同时较大的数据采集量和计算量影响了整个系统的测量速度，对系统信息的处理设备 也提出了较高的要求。有的系统对被测量者的苛刻要求不能被顾客接受，如有的系统 要求顾客静立，有的要求顾客脱衣服，有的需要接受光栅照射等，显然这些要求不容 易被接受。 由于这些种种问题的存在，它们极大地阻碍了测量系统的商用化和实用化进程。 而顺应时代潮流的发展，必需要发展一种新的测量方法来满足现代服装企业的要求， 即能满足服装生产所需要的尺寸精度，又具有快捷、方便、稳定等的特点。 随着服装c a d 研究的进一步深入和推广，把机器视觉技术应用到服装生产的其 他环节，更能体现服装生产的现代化程度，也能让服装生产过程及产品质量检验更准 确、快捷。因此，在服装工业中引入视觉检测技术，不仅改善了目前服装企业劳动生 产率低、自动化程度不高的现状，也促进了服装工业的发展。 最近几年，我国的电子产业篷勃发展，其中以手机、数码产品等为典型。数码相 1 前言 机现如今已成为一款十分成熟的产品，而将其应用到三维人体测量系统中也自然而然 顺应了科技发展的潮流。 普通数码相机作为获取摄影测量数据的重要设备，与传统的量测相机相比它有以 下明显的优点1 7 j ： ( 1 ) 普通数码相机c c d 的固定阵列像元就是数字图像中一个理想的坐标系； ( 2 ) 数码相机的c c d 感光器件成功的略去了过去量测相机中由于软片压平所带 来的误差； ( 3 ) 光学相机需在暗房摄影处理过程时，速度慢，工作量大，对数据处理的周期 长，信息的反馈也比较慢，这些对在工程中的应用都会产生一定的阻碍。而数码相机 所存储的图像即是数据，可直接与计算机连接，因而效率很高。 ( 4 ) 现在数码相机体积越来越小，方便携带，而且价格越来越低，操作也十分方 便。 但是，由于普通数码相机着眼于日常生活拍摄，对制造工艺的要求不高，所以其 镜头畸变往往也较大。相机镜头畸变主要是因为透镜成像过程中，由于不同的视场其 相应镜头位置的放大率不同，使影像扭曲，这是影像的一种几何失真情况。从而直接 导致普通数码相机在进行近景摄影测量时达不到理想的精度要求。 本课题正是在这种时代背景下产生的，努力结合数码相机的普及性，利用成熟的 机器视觉理论知识，提出一种三维人体测量的方法，努力为服装企业的量体裁衣提供 便利。 1 2 本课题的研究背景和预期达到的目标 从1 9 9 0 年开始，本实验室就着手于服装制造的机器视觉检测技术研究。在这将近 2 0 年的过程中，对非接触式三维物体检测方法的研究，已经打下了十分坚实的基础， 也建立并发展了一套自己的测量方法和装置，对实际检测中的图像处理技术有着丰富 的经验。同时，本课题组老师在三维人体尺寸自动检测方法、人体围度的拟合方法方 面也作了深入细致的研究，并取得较大突破。 有了这些老师和前辈们累积下来的各种知识和经验，将技术转化为成果已成为可 能。为了能将机器视觉检测技术应用于服装制造业，本课题在结合实际生产和我国服 装企业的具体情况下，对现有的测量方法作了认真的分析。 服装行业在我国的发展虽然已经有相当长一段时间，但由于历史的原因，现代化 生产和管理进入服装行业的时间却比较短，而采取传统的服装生产方式的企业仍占据 相当大的比例。同时由于我国近年来的经济体制改组，私人经营的中小企业也越来越 多。如果让他们采用昂贵的测量系统显然不合实际，因此，就目前的国情和测量水平 来说，建立一种适合这些中小企业使用的低成本高质量的实用测量系统已经迫在眉 捷。 以往所研究的许多视觉测量系统，有的用扫描法得到人体全身被测表面的空间数 天津科技大学硕士学位论文 据，这样的系统往往测量时间长，而且测量数据点太多不利于快速计算；有的也采用 单摄像机，利用正侧面幅图像进行人体尺寸测量，这种方法最为简单，系统成本也最 低，测量方法也能被生产企业和顾客所接受。但是由于围度尺寸的测量采取的是近似 拟合的方法，方法十分简单，往往测量精度不高，这一点不能为企业所接受。如果在 保证测量速度的前提下，能找到一种准确拟合围度的方法，减小测量误差到服装生产 能够接受的范围，将机器视觉检测技术应用于服装量体系统将会成为可能。 本课题组与某制衣公司合作，按照合作项目的要求，本测量系统要求： ( 1 ) 测量精度 根据制衣公司的要求，测量精度在围度尺寸上要求不大于1 5 c m ；在长度尺寸上 要求不大于1 o c m 。 ( 2 ) 要求尺寸 要求能测量出服装生产所需要的人体各项主要尺寸。主要包括：身高、胸围、腰 围、臀围、袖长、裤长、肩宽、肩斜、裆围、立档等。 ( 3 ) 服装选型正确率 正确选型才能保证生产的顺利进行。选型正确率与测量精度有关，要求大于9 5 。 ( 4 ) 硬件系统要求 要求结构简单，易于安装，便于携带，受环境影响小。 ( 5 ) 软件系统要求 要求操作简单，界面友好，兼容性好。 根据上述要求，实现快捷的量体、选型系统。 1 3 本文主要工作和论文安排 本文的研究工作旨在建立一个简单、实用、操作方便的三维人体测量系统，研究 采用数码相机进行离线测量的可能性及可行性，以及实现一些改进的图像处理算法。 主要内容是以人体制衣尺寸的提取为目的，在摄得人体正面和侧面两幅图像后，用一 定的方法对图像进行处理和计算，提取所需信息，从而摆脱效率低下的人工测量和海 量数据的存储，实现快捷、方便、准确的测量。 本文的主要工作包括以下几个方面： ( 1 ) 查阅相关资料，设计实验方案； ( 2 ) 自动标定方法和算法的研究与设计； 研究光象平面自动标定方法理论及其计算机语言实现。 ( 3 ) 测量方法的研究及软件设计编程； 研究人体的体型特征及各测量要素的定义，研究快速准确的特征提取及围度拟合 算法，设计应用软件的编程思路和步骤。 ( 4 ) 软件系统集成； 用v c + + 6 0 开发基于m f c 的测量系统应用软件，软件系统包括图像显示、处理、 1 前言 测量、以及数据的保存、查询等功能。 ( 5 ) 实验验证及误差分析。 对大量的人体样本进行测量，验证系统的可靠性及误差范围；分析产生误差的具 体原因，然后对测量系统在结构、测量方法以及算法上作些适当的调整。 6 天津科技大学硕士学位论文 2 快捷制衣量体系统所测取的信息 2 1 人体的体型特征及服装制造所需的测量要素 为了设计好本课题，首先必须了解被测对象及其特征信息，然后有针对性的利用 这些特征提出合理的测量方式。每个人选购衣服时，首先考虑的都是“合体 ，即要 求服装与人体体型特征相适合，这样服装穿在人们身上的时候才会感到舒适。 有关研究显示，虽然市场上服装的品牌众多，款式纷呈，但在服装的合体程度上 却不尽如人意：据z i t e x & s t o r e 2 0 n l i n e 数据显示，消费者中7 7 9 要求服装合身，3 9 1 要求服装质量，3 7 1 要求服装有个性。由于服装不合身，在首次销售尝试时可能造 成实际销售量比预计低了1 6 6 5 。在德国，由于这一因素，造成每年大约9 7 亿欧元的 损失，同样，在美国，造成2 8 0 亿美元的损失。服装的合体性差对消费者而言，会产 生一定的不舒适感，严重的会影响正常的工作p j 。 服装除了舒适性的要求外，还有其美学的要求，这些都与准确的测量数据分不开。 为了实现服装的合体和其美学要求，就必需对人体的各部位尺寸进行准确的测量，并 对人体体型特征有详细的研究和认识。 2 1 1 人体体型特征1 8 】 ( 1 ) 人体的比例 人体比例是人们审美标准的体现，由于人种、民族、年龄、性别不同所产生的人 体比例的差异也很明显，最明显的表现在头长与躯干长度的比例上。在我国，正常成 人男女的人体比例为七至七个半头高，如图2 1 。 图2 - 1七头半的人体比例 f i g 2 - l s e v e na n dah a l ft h ep r o p o r t i o no ft h eh u m a nb o d y ( 2 ) 影响人体总体体型特征的主要因素 2 快捷制衣量体系统所测取的信息 人体的主要组成部分是头、躯干、上肢、下肢四个部分。其中躯干又包括颈、胸、 腹、背等部位；上肢包括肩、上臂、肘、下臂、腕、手等部位；下肢包括胯、大腿、 膝、小腿、踝、脚等部位，如图2 2 所示。 人体由骨骼、关节、肌肉等构成，它们是决定人体体型的基本因素。骨胳是人体 的支架。人体骨骼的端点或突出点很容易直接显现于皮下，这些部位称为“骨点。 骨点是认识人体型态特征及进行人体测量的重要标志。 腕 胸 腹 【霸，一1 _ 一 孝 1il_l 习： ；蚕 ； 墓 1 巴 ：i 星一 5 背 图2 2人体的主要组成部分 f i g 2 - 2m a j o rc o m p o n e n to ft h eh u m a nb o d y ( 3 ) 男、女、童体型差异 男、女两性最本质的不同体现在体型差异上。一般男性特征的体现是宽膀为其最 宽的部位，身高中线在耻骨，腰线在肚脐的下方。而女性特征的体现是其臀部骨盆处 为其最宽部位，身高中线在耻骨上方，腰线在肚脐的下方。也即女子的上身比男子的 上身短。乳头比男性偏低，大腿较粗。背面的骶骨三角形，男性接近正三角形，女性 则呈扁的等腰三角形。胸部的厚度，男子较厚，但女子胸部丰满。胸围与腰围、臀围 与腰围之差女子较多，男子较少( 直筒型) 。女子臀部皮下脂肪丰满而圆润，男子臀 部较宽：男子的头部比女子粗；男子肩宽较宽，女子较窄。图2 3 为男女体型几个主 要部位横断面形的差别比较图。 儿童的体型特点是头大腿短，幼儿的脊柱骨不弯，故无法直立。儿童手臂下垂时， 不论年龄大小，一般手腕部位置都在大转子的水平线上，l 岁的腿部只有1 5 个头长， 随着年龄的增加，腿的比例加长，1 4 岁以上下肢的长度增加到约占全身高的1 2 。 本文的测量系主要征对成人，所以不适用于对儿童的测量。 天津科技大学硕士学位论文 图2 - 3 男女体型几个主要部位横断面形的差别比较图 f i g 2 - 3m a l ea n df e m a l eb o d yp a r t so f s e v e r a lm a j o r c r o s s - s e c t i o n a ld i f f e r e n c e si nt h es h a p eo fc o m p a r i s o n ( 4 ) 人体的躯干和上下肢特征 人体的主体部分就是躯干，主要由颈、胸、腹三部分组成，决定着人体的总体型 态，因此在服装设计和服装生产的过程中它是一个应该重点考虑的部位。通过对人体 躯干部分的仔细观察，可以发现躯干部位主要有以下特征：颈部形状基本为圆柱形， 其底面为前低后高的斜面，连接着人体的头部与肩部，与衣领有着密切的联系；相对 于颈部来说，胸部、腹部、臀部的形态就比较复杂了，而基于数码相机的三维人体测 量系统的难点也就是如何测量这三个部位的围度尺寸了。从人体的正面来看，以腰节 为界，胸部和腹部分别与一个梯形形状相似，前者是上大下小，而后者则是上小下大， 两个梯形重叠在一起。 胸部一般比较宽厚，但是由于发育情况的不同，再加上各自不同的锻炼情况，人 体胸部的形状也相差很大。而腹部的形状跟年龄有着密切的关系，年轻人由于常参加 体育锻炼，腹部沉积的脂肪也比较少，因此其形状就比较扁平；而成年人相反，他们 锻炼的较少，脂肪很容易就沉积到腹部，因此成年人的腹部往往比较肥大并向前突出。 在胸部和腹部之间最细的部位即为腰部，这部分的形状变化不是很大，一般较细 窄，但其也受到腹部形状的影响，但总体来说，腰部的截面形状曲线都比较光滑。 臀部的形状也有很大的差异，比如女子生育前后臀部的形状就不一样，而且由于 各方面的原因，不同人的臀部也有很大的差别。 最后，人的上下肢与服状设计也有着极大的关系，在设计时，袖长和裤长就是根 据人的上下肢长度来选取的。 ( 5 ) 人体体型的分类 2 快捷制衣量体系统所测取的信息 课题中因为对人体要拍摄正、侧面的两幅图像，用于提取制衣所需尺寸，而两幅 图像是不可能得到人体完整的三维信息的，所以对于人体制衣的围度尺寸，本文中所 用到的是拟合的方法。 鉴于拟合方法的多种多样，要找到一种适合所有体型的拟合公式是不太可能的， 所以本文中将人体的体型进行分类，对于不同体型的人体，用不同的方法进行拟合。 人体的体型特征只需从人体的正、侧面图像中便可以看出来，因相对于男子来说， 女子的体型特征更具有代表性，于是便可将女子的侧面体型和正面体型进行分类，以 利于拟合。 如图2 4 所示，在人体侧面图像中，用两条垂线从人体两侧分别向人体边缘轮廓 靠近，直到接触轮廓上任意一点。在图像上测量背凸点、胸凸点、腹凸点、腰凹点、 臀凸点到两垂线的距离，通过数据分析，可进行侧面体型判另r j l 9 j 。 胸凸 腹凸 背凸 腰凹 臀凸 图2 - 4 侧面人体分析 f i g 2 - 4a n a l y s i so f t h eh u m a ns i d e 反体 后倾体凸腹体 厚体 标准体 图2 - 5 侧面人体分类 f i g 2 - 5s i d eo f h u m a nc l a s s i f i c a t i o n 人的体型不同，其侧面轮廓所凸出的部位也各不相同。根据观察可以主要分为以 1 0 天津科技大学硕士学位论文 下几种类型：反体、后倾体、厚体、凸腹体和标准体【9 1 。各体型轮廓示意图见图2 - 5 所示。 各种体型在人群中的比例如表2 1 所示。 表2 - 1侧面体型分类归纳表 t a b l e2 - 1g r o u p e dt o g e t h e ri nt h es i d eo f t h et a b l es i z e 从表中可以看出大部分的模特体型属于标准体，因此本课题以男性标准体型为对 象进行测量研究。 2 1 2 人体的测量及其测量要素 人体测量，又称为量体，是指测量人体有关部位的长度、宽度和围度。测量后所 得到的数据和尺寸是服装制图或进行裁剪的重要依据。人体测量是服装加工过程中首 要的一步，只有通过正确的人体测量，得到人体各部位的准确特征，才能保证服装设 计尺寸的正确性，使加工出来的服装适合人体的体型特征，达到人体舒适性的要求。 由于服装是人类生活中必不可少的元素，目前许多国家都研究制定了测量人体的方 法。 ( 1 ) 人体测量的基准点与基准线 人体形状比较复杂，为了便于对其进行测量，需要在人体表面上确定一些点和线， 以这些点和线为基础固定下来，作为人体测量中专业的基准点和基准线。这样便建立 了统一的测量方法，而其测量出来的数据也具有可比性，更重要的是，从服装行业的 长远角度来看更有利于其规范发展。 作为人体测量代表的基准点和基准线应该具有明显、固定和易测的特点，在各种 体型的人体身上这些点和线都应有相同的特征。因此一般多选骨骼的端点、突起点和 肌肉的沟槽等部位，如图2 - 6 。 2 快捷制衣量体系统所测取的信息 0 1 1 头顶点2 颈椎点3 颈侧点4 肩峰点5 乳头点6 腰节点 7 茎突点8 胸围线9 裆线 1 0 腰围线1 1 臀围线 图2 - 6人体测量常用基准点和基准线 f i g 2 - 6a n t h r o p o m e t r yc o m m o n r e f e r e n c ep o i n ta r i dt h eb a s e l i n e 常用的测量基准点有： 头顶点头项最高的点，位于人体中心线上； 颈椎点预后第七颈椎棘突尖端的点； 颈侧点位于颈侧面根部，从人体侧面观察，位于颈根部宽度的中心点偏后的 位置； 肩峰点也称肩端点，是肩胛骨肩峰上缘最外突出的点； 腹部前突点腹部中心线上最向前突出的点； 茎突点桡骨下端茎突最尖端的点； 乳头点乳突的中心： 臀部后突点臀部向后最突出的点； 根据这以上这些基准点，常用的基准线有： 颈根线人体躯干与颈部的分界线，正面通过锁骨内侧端点上缘，侧面通过颈 侧点，后面通过颈椎点。 上肢根线人体躯干与颈侧点的连线； 肩峰线肩峰点与颈侧点的连线； 胸围线通过乳头点的水平围线； 腰围线人体腰部最细部位的水平围线； 臀围线人体臀部最丰满部位的水平围线； ( 2 ) 人体测量项目 人体测量项目是由测量目的决定的，根据与厂方的协议，本课题所需要的测量项 天津科技大学硕士学位论文 目主要有以下几种： - 崛 擐 珀 颈围 胸围 腰围 臀围 裆围 图2 7测量项目 f i g 2 7 m e a s u r e m e n ti t e m 总体高人体立姿时，头顶点到地面的距离，也就是传统意义上的“身高”； 身高人体立姿时，颈椎点到地面的距离： 上体长人体坐姿时，颈椎点到椅面的距离； 下体长从胯骨最高处，量至脚跟平齐； 手臀长肩峰点到茎突点的距离； 下肢长身高减去上体长所得的距离； 颈围在喉结下方水平绕颈一周的长度； 胸围过乳头水平沿胸廓一周的长度； 腰围经过腰部最细部水平绕一周的长度； 臀围在臀部最丰满处水平围绕一周的距离； 肩宽沿后背表面左右两肩峰点之间的距离； 肩斜颈侧点与肩峰点之间的高度差； 裆围大腿根的围度尺寸( 根据企业习惯) ； 立裆从腰围线到裆线的直线距离。 部分测量项目的示意如图2 7 。 由于用于服装设计所需要的测量要素基本上都是围度尺寸( 截面曲线的外包围) ， 所以测量时应采用一定的测量策略。 2 2 从图像提取人体测量的基准点和基准线 针对以上对基准点和基准线的定义，可以利用数码相机等视觉测量工具或系统采 集人体正、侧面两幅图像，利用两幅投影图像来确定人体测量时所必需的基准点和基 准线，从而为人体制衣所需尺寸的求取提供依据。 2 快捷制衣量体系统所测取的信息 图2 6 是经过图像处理后人体的正面和侧面轮廓，在与视觉测量技术实际结合的 情况下，定义了1 7 共7 个基准点，8 1 1 共4 个基准线。 各基准点和基准线( 参考图2 6 ) 信息的搜索算法步骤为： ( 1 ) 用图像处理的方法得到人体完整、清晰的轮廓数据； ( 2 ) 根据人体的体型特征自动搜索特征点，以确定所需要的基准点和基准线的位 置： 自动搜索算法的流程图如图2 8 所示 取得正、侧面的轮廓数据 正面图像中从上到下搜索至第 一个不为零的点作为头顶点 继续朝下搜索，直到一行的边缘点数 据为6 个为止，即是腋下位置 从腋下位置对应到侧面轮廓，在一 定范围内搜索胸部最突出点，即为 乳头点，对应