（服装设计与工程专业论文）基于灰色系统理论的非接触式人体测量系统的研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a n t h r o p o m e t r yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tb a s i ct a s k si nt h ea p p a r e li n d u s t r y a tp r e s e n t ，t h e r ea r em a i n l ya b o u tt w om e t h o d so fh u m a nb o d ym e a s u r e m e n t ， i n c l u d i n gc o n t a c tm e a s u r e m e n ta n dn o n c o n t a c tm e a s u r e m e n t c o n t a c tm e a s u r e m e n t i st h ep r i m a r ym e t h o du s e di nt h ee n t e r p r i s e ，b u tb e c a u s eo fi t sd i s a d v a n t a g e s ，m a n y c o u n t r i e sh a v eb e e n a p p l y i n g t h e m s e l v e st o d e v e l o p i n g t h en o n - c o n t a c t m e a s u r e m e n ts y s t e ms i n c e1 9 8 0 ，t h ec o m m o no b s t a c l e sf a c e dw i t ht h e ma r eh i g h c o s t s ，c o m p l i c a t e di n s t a l l a t i o n ，l a r g es p a c e sa n dd a r kr o o mr e q u i r e m e n te t c d u et o t h o s ep r o b l e m s ，w ed e v e l o p e dan o n - c o n t a c th u m a nb o d ym e a s t l r e n l e n ts y s t e mf r o m 2 0 0 1 w h i c hi san a t u r a ll i g h t - b a s e ds y s t e mw i t l ls i n g l ec c dc a m e r a a n dt i l ln o w , w eh a da c c o m p l i s h e dt h et a s k st h a tr e a l i z e dn o n - c o n t a c t i n g - a u t o m a t i ch u m a nb o d y m e a s u r e m e n tt oy o u t h o nt h eb a s eo ff o r m e rs t u d y i n g ，t h ep a p e ra i m sa tt h ey o u n gm e n sb o d i e s ，a n d p r o p o s e st oe s t a b l i s hag r a ym o d e li nt h ea p p l i c a t i o no fp r e d i c t i n go t h e rs i z e sw i t h t h ec h a r a c t e rd i m e n s i o n s s o ，t h en o n c o n t a c tb o d ym e a s u r e m e n ts y s t e mf o ry o u n g m e ni sd e v e l o p e d f i r s t l y , u s i n gt h eg r a yl i n ka n a l y s i st h e o r y , t h em e a s u r e m e n t sm e a s u r e db y h a n da r ea n a l y z e da n dh e i g h t ，w e i g h t ，b r e a s tg i r t h ，w a i s tg i n ha n dh i pg i na r e c o n f i r m e dt ob et h ec h a r a c t e r i s t i cd i m e n s i o n s ，w h i c hl a yaf o u n d a t i o nf o rg r a y m o d e l i n go f h u m a nb o d ys h a p e s e c o n d l y , f o rt h ef i r s tt i m e ，p u t t i n gf o r w a r dt h et n fi n d e xt h a tc a nd e t e r m i n e t h ef a t n e s sd e g r e eo fy o u t h ，b e s i d e s ，a c c o r d i n gt ot h et n fi n d e x ，g r a ym o d e li s e s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l yw h i c hc a nh e l pt oi m p r o v et h ep r e d i c t i n gp r e c i s i o n t h i r d l y , w ed e s i g nas e t t i n gb yo u r s e l v e sf o rt a k i n gp h o t o sa n dc a l i b r a t i o n ， a n df u l f i l lt h e3 dc a l i b r a t i o na ta n yc o n d i t i o n sa sl o n ga st h ec a m e r ai sa v a i l a b l e t h e2 ds i z e ss u c ha sh e i g h t ，w i d t ha n dt h i c k n e s sw i l lb ec a p t u r e dt h r o u g hg e o m e t r y d i s t o r t i o nr e c t i 聊n ga n dp e r s p e c t i v e & p r o j e c t i v ei m a g et r a n s f o r m a t i o n ，w h i c h a c c o u n t sf o rt h ep i v o t a lp r o b l e m sa b o u tm o t i v eg r a ym o d e l i n go fh u m a nb u s t ，w a i s t a n dh i p a b s t r a c t f o u r t h l y , w ee s t a b l i s ham o t i v eg r a ym o d e lt h a tc a np r e d i c tb r e a s tg i r t h ，w a i s t g i r t ha n dh i pg i r t he x a c t l yw i t ht n fi n d e xa n dw i d t h & t h i c k n e s so fc o r r e s p o n d i n g p a r t s ，a n dr e c e i v ef a v o r a b l ep r e d i c t i n ge f f e c t s t h ep r e c i s i o no f e a c hm o d e li sn e a rt o t h ef i r s t1 e v e l a tl a s t ，w ea l s oe s t a b l i s hag r a ym o d e lt h a tc a nc a l c u l a t eo t h e rs i z e so fh u m a n b o d yw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i cd i m e n s i o n sa n dr e c e i v ef a v o r a b l ep r e d i c t i n ge f f e c t s i n a d d i t i o n ，i ta l s oh e l p st or e d u c em e a s u r e dp a r t sa n dm a k e sb o d ym e a s u r e m e n t s i m p l i f i e d ，t h u sn o n c o n t a c t i n g a u t o m a t i cb o d ym e a s u r e m e n tw i l lb ea c h i e v e d k e yw o r d s ：n o n - c o n t a c tb o d ym e a s u r e m e n t ，t n fi n d e x ，g r a yl i n ka n a l y s i s ，g r a y m o d e l ，c a l i b r a t i o n 独创性声明 v 7 9 7 ；2 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特男, t ! d i l 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：募亍舟 签字日期：膊，月胗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些盍坐有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云篷兰些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据厍进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：摹亍争导师虢批l 签字日期：卯簿，月日签字品期：多，c 扩年，月，f r 学位论文的主要创新点 一、运用灰色关联分析理论，对试验所测人体尺寸数据进行灰色关联 分析，确定身高、体重、胸围、腰围和臀围为人体特征部位尺寸，为 建立人体体型灰色模型奠定了基础。 二、首次提出反映青年人体胖瘦程度的判别指数t n f 指数，并按 t n f 指数分类分别建立人体体型灰色模型，提高了模型预测精度。 三、自行设计制作了集摄影和标定为一体的测量装置，实现相机在任 意有效拍摄位置下的三维立体标定，通过对人体数字图像进行透视和 几何畸变的矫正，从中提取有效的人体高度、宽度和厚度信息，解决 了建立人体三围尺寸灰色动态模型的关键问题。 四、建立人体三围尺寸灰色动态模型，以人体三围的宽厚尺寸及人体 t n f 指数来预测人体三围尺寸，达到了较好的预测效果，模型精度均 达到二级良好水平。 五、建立人体其他细部尺寸灰色模型，用人体身高、体重和胸围尺寸 预测上体其他细部尺寸；用身高、体重、腰围和臀围尺寸来预测下体 其他细部尺寸，收到良好的预测效果。同时减少了人体测量部位，降 低测量工作量，使人体测量工作得以简化，实现了非接触式人体自动 测量。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 非接触式人体测量的发展现状 人体测量是服装工业中服装设计十分重要的基础性工作，随着服装 c a d c a m 技术的发展及其在服装工业中的应用，服装设计和生产进入了自动 化、高效率的阶段，对人体测量也相应地提出了更高的要求。而传统的人体测量 是借助于测量工具手工进行，该方法与被测者直接接触，往往使被测者感到疲劳 或窘迫，测量的精度与测量者的技巧有很大的关系，容易给测量结果带来一定的 误差。此外，人体所具有的复杂的形状，传统的测量方法已无法进行更深入的研 究。纵观当前世界服装业的发展，服装结构从平面裁剪向立体裁剪转向，设计由 二维向三维发展，定做服装的发展已成为世界服装业发展的重要趋势，服装设计 的立体化、个性化和时装化已成为当今的潮流，合身裁剪的概念已成为新一代服 装供应的指导性策略。服装业要增强自身竞争力，必须走向合身裁剪，准确、快 速的人体测量显得尤为重要。所以，计算机辅助非接触式量体系统的研制与开发 工作势在必行。 近2 0 年来，美国、英国、德国、法国和日本等服装业发达的国家都相继研 制了一系列的测量系统。其中有代表性的有： 1 ) 英国的l o u g h b o r o u g h 大学的人体影子扫描仪l a s s ( l o u g h b o r o u g h a n t h r o p o m e t r i cs h a d o ws c a n n e r ) ，是以三角测量学为基础的电脑自动化三维测 量系统。被测者站在一个可旋转3 6 0 。的平台上，背景光源穿过轴心的垂直面射 到人体上，用一组摄像机同时对人体进行摄影，通过人体表面光线的横切面形状 及大小转化的曲线计算人体模型【l 】【2 】。 2 ) 法国的s y m c a dt u r b of l a s h 3 d 是t e l m a t 的三维人体扫描系统，该扫描 系统由一个小的用光照亮墙壁的封闭房间、一个摄像机和一个计算机组成。实验 对象进入房间后脱去衣服，只穿内衣站立在照亮的墙壁前。系统拍摄下实验对象 的三个不同姿势：手臂稍微地离开身体面向摄像机、侧向摄像机笔直站立和面向 墙壁( f i n a n c i a lt i m e s ，1 9 9 8 ) 。在形成的图像上进行扫描计算后，系统能产生 7 0 个精确的人体尺寸，该系统测量数据可以和服装c a d 系统结合使用【2 】。 3 ) 美国纺织服装技术公司( t c 2 ) 的白光相位测量法( p h a s em e a s u r e m e n t p r o f i l o m e t r y ) 利用白光光源投射的正弦曲线影像合并而得到全面人体三维形 态。它使用一个相位测量面( p m p ) 技术，生产了一系列的扫描仪，如：2 t 4 ，2 t 4 s 第一章绪论 等。每个系统使用六个静止的表面传感器。单个传感器捕获人体表面片段范围的 信号，扫描时间不足6 秒。当所有的传感器组合起来，形成一个用于服装生产的 身体关键性区域的混合表面。每个传感器和每个光栅获得四幅图像。p m p 方法的 过渡产物是所有六个视图的数据云。这种信息可用于计算3 d 身体尺寸，最后可 获得带有身体图像和测量结果的打印报表。同时采用白光为光源，对人体没有任 何伤害【”。 4 1t r i f o r mb o d y s c a n n e r 是英国w i c k s 和w i l s o n 有限公司的非接触三维图 像捕捉系统，它是利用卤素灯泡作为光源的白光扫描系统。被测者根据自己意愿 穿着薄形合体服装或者内衣，然后系列的带波纹的白光束投射到人体上，摄像 机捕捉多个人体图像，并将其转化为三维的有色点阵云，看起来像物体的照片 i l l 3 1 。 5 ) 美国的h a m a m a t s u 人体线性扫描系统( b l ) 使用红外发射二极管得到扫描 数据。这一系统利用较少的标记便可以提取三维人体数据，而且错漏的数据较少。 光源从发射镜头以脉冲的形式产生，由物体反射后，最后由探测器镜头收集。探 测器镜头是圆柱形镜头和球形透镜的组合，能在位敏探测器( p s d ) 上产生一片 光柱，用于确定大量象素的中心位置，人体尺寸由一个特殊的尺寸装置从三维 点云中析取。 6 ) 美国c y b e r w a r e 全身彩色3 d 扫描仪主要由d i g i s i z e 软件系统( m o d e l s w b 4 和m o d e lw b x ) 构成，它能够测量、排列、分析、存储、管理扫描数据。扫描 时间只需几秒到十几秒，整个扫描参数的设置及扫描过程全部由软件控制。这种 方法将一束光从激光二级管发射到被扫描体表面，然后使用一个镜面组合从两个 位置同时取景。从一个角度取景时，激光条纹因物体的形状而产生形变，传感器 记录这些形变，产生人体的数字图像。当扫描头沿着扫描高度空间上下移动时， 定位在四个扫描头内的照相机纪录人体表面信息。将每个扫描头得到的分离数据 文件在软件中合并，产生一个全方位的r g b 彩色人体图像，可用三角测量法得到 相关数据l 】【”。 7 ) t e c m a t h 是一家以德国为基地的科研公司，致力于人体模拟、数字化媒 体的研究。它开发了一个全自动非接触式的测量方法来获取及运算人体测量数 据，这种三维人体扫描机是便携式的，可以摄取人体的不同姿势，特制摄像机则 放在四支二极管激光绕射光源前面，准确度是l c m 之内。经电脑检测的数据也可 输送到电脑辅助设计系统，用于合身纸样的自动生成【4 】。 8 ) v o x e l a n 是h a m a n o 的一种用安全激光扫描人体的非接触式光学三维扫描 系统。它最初由日本的n k k 研制，1 9 9 0 年由h a m a n o 工程有限公司转接。还有 v o x e l a n ：h e v 1 8 0 0 h s v 用于全身人体测量；v o x e l a n ：h e c 一3 0 0 d s 用于表面描述； 第一章绪论 v o x e l a n ：h e v 一5 0 s 用于测量缩量；它们可以提供非常精确的信息，分辨率范围 从相对于全身的0 8 毫米到对相对缩量的0 0 2 毫米”】【”。 9 ) 法国的l e c t r a 公司专为服装行业研制开发的v i t u ss m a r t 三维人体扫 描仪，由四个柱子的模块系统组成，每个柱子上有2 个c c d 照相机和1 个激光器 ( c l a s s 1 ) 。扫描时，人体以正常的向上姿势站立，系统捕捉人体表面，并在电 脑内产生一个高度精确的三维图像，被称为被扫描人的“数码双胞胎”。根据所 需的解决方案，扫描时间可以在8 2 0 秒调整完成【5 】。 1 0 ) 由香港理工大学制衣学系研制的采用固定光源技术的c u b i c a m 人体三维 扫描系统，运用大范围的光学设计能够在较短距离内获取高分辨率的图像。这种 扫描系统在普通室内光源环境下就能进行操作，所以特别适合于服装行业。由于 其获取图像只需不足1 秒钟的时间，因此它又特别适合于扫描人体尤其是孩子。 和其他光学方法所具有的局限性一样，它需要一种白色的光滑表面来进行人体自 动测量 h i “。 以上这些系统大多基于三维人体扫描技术，其工作原理都是以非接触的光 学测量为基础，使用视觉设备来捕获物体外形，然后通过系统软件来提取扫描数 据。其工作流程分为以下四个步骤( 见图1 1 ) ： 1 ) 通过机械运动的光源照射来扫描物体； 2 ) c c d 摄像头探测来自扫描物体的反射图像； 3 ) 通过反射图像计算人与摄像头的距离； 4 ) 通过软件系统转换距离数据产生三维图像【8 i 。 图卜1 三维人体扫描系统的工作原理 f i g1 - 1t h ep r i n c i p l eo f t h e3 db o d ys c a n n i n gs y s t e m 第一章绪论 为了使数据捕捉过程可视化，人体测量系统包括多个光源和视觉捕获设备、 软件系统、计算机系统和监视屏幕等，有的还需要暗室操作，因此由这些方法研 制的量体系统往往结构复杂、体积庞大、成本较高、安装复杂、占用空间大，故 只在很少地方使用。 我国在8 0 年代中后期在一些高等院校和研究所进行这方面的研究，主要有 总后军需装备研究所和北京服装学院共同研制的人体尺寸测量系统，西安交通大 学激光与红外应用研究所的光电人体尺寸测量及服装设计系统，长庚大学和台湾 清华大学等院校和企业联合进行的非接触式人体测量技术和台湾人体数据库的 研究等。但这些系统存在结构庞大复杂、数据采集与计算量很大，标定过程繁琐 等缺点，同时操作不便、成本较高和准确性差使这些系统在商业化推广中受到严 重限制【9 。 针对这一情况，急需研究开发操作简便、成本低、精度满足服装行业人体测 量要求的非接触式三维人体测量系统。为此，我们于2 0 0 1 年开始着手研制开发 计算机辅助非接触式准三维人体测量系统，该系统由背景光源、三维立体标定框、 数码相机、计算机和打印机组成，操作简便、成本低、占地少、测量快捷、精度 满足服装工业生产要求。系统以数码相机作为图像信息采集的工具，将图像存储 于s m a r tm e d i a 卡中，再通过传输线将拍摄的人体正、侧面数字图像传送到计算 机中，利用系统软件对其进行图像处理、数据分析和人体相关尺寸的计算。硬件 配置如下： 数 图 码 像 计 相 采算 集机 机 卡 图卜2 本测量系统的硬件配置 f i g1 - 2t h e h a r d w a r en e e d e di nt h em e a s u r e m e n ts y s t e m 1 2 本课题的技术路线 本课题以青年男子为研究对象，建立青年男体非接触式自动测量系统。在 大量人体实际测量数据的基础上，运用灰色系统理论建立人体体型灰色模型，实 现非接触式人体自动测量。技术路线如图1 - 3 所示： 第一章绪论 输出 图卜3 本课题的技术路线 f i g1 - 3t h e k n o w - h o wo f t h et a s k 第二章人体三维计测及数据预处理 第二章人体三维计测及数据预处理 为使所测人体各部位数据具有公认性和可信度，首先采用传统的手工测量方 法进行人体测量，对被测对象建立一个基本的数据库。 2 1 手工测量样本量的确定 样本量n 的确定是一个抽样方案最重要的内容之一。n 取得太大会造成人力 物力的浪费；反之，n 取得太小，根据样本对总体的估计就会造成较大的误差， 同样会造成严重的损失。本次抽样采取概率抽样，为了提高效率，保证精度，事 先应对样本量做大概的估计。 样本容量确定与精度的关系密切。人体计测标准的原则之一是使尽可能多的 人体被规定的置信度所覆盖，而且对重要尺寸指标来说其误差落在允许的范围之 内。通常工业生产和科学研究中采取至少9 5 的置信度水平。我们提出使计测得 出的样本对总体指标的估计范围能在要求的精度内覆盖至少9 5 的观测值。至于 精度，与其它多数抽样调查项目不同的是此时估计量精度的要求主要针对人体尺 寸分布情况。 根据数理统计的理论，当抽样是简单随机抽样，样本量较大时随机变量近似 服从正态分布。对于不是服从正态分布的随机变量，如果n 相当大，随机变量就 和标准正态分布随机变量差异很小。一般认为n 不应小于5 0 。 而人体胸围、腰围和臀围尺寸可近似看作服从正态分布( n ，vz ) 。根据正态 分布，设某一变量x 服从正态分布n ( a ，1 ，2 ) ，在方差已知条件下，置信区间9 5 ( 以9 5 的概率保证在一定的区间能够包含均值) ，设所能达到的精度为l 。由于 区间估计的两个要素为置信度和估计精度，在实际应用中前者在事先给出，后者 由样本量来决定，样本量越大精度就越高，因为随样本量提高，相应的均值估计 就更“准”，即离真值就越近( 因为贾n ( a ，p 2 i n ) ) ，以此为中心做出的区间就 不用太长，而能以相同的置信度包含均值【1 0 】【l l 】。 在人体测量时，我们希望达到的置信水平为卜口= 9 5 。 样本量预测计算公式为： 第二章人体二维计测及数据预处理 一= ( 半 2 雁瓦习 z 竺= 1 9 6 ( 查表得到) 2 测量精度的确定根据服装号型及相关标准，确定如下： 胸围精度l = 2 c m ，腰围精度l = l c m ，臀围精度l = 2 c m 。 将计算结果列于表2 - 1 中。 表2 一l 测繁样本量的确定 部位精度l ( c m )标准差v ( c m )预测样本量( 个)确定样本量( 个) 胸围 22 5 72 5 。3 72 6 腰围 l1 6 74 2 8 64 3 臀围 22 2 41 9 2 82 0 对于原始数据库而言，所选取的样本量越大，数据库就越具有使用价值，但 由于人力物力等实验条件的限制，确定本次实验的样本量为8 0 人。 2 2 测量方式与工具 直接测量法( 又称直接接触测量法、一元测量法等) 简单易行，为绝大多数国 家采用，我国目前由于条件的限制，也主要使用此法。1 9 8 9 、1 9 9 1 年我国为制 定服装号型规格而进行大规模全国范围体型测量时就是采用直接测量法；1 9 9 4 年1 月上海市服装研究所起草国标服装人体测量的部位与方法时也是采用直 接测量法，直至目前服装号型规格的测量仍采用直接法。本课题由于财力、物力 等方面的因素限制，且考虑到与国家颁布标准的测量方法接轨，仍采用直接测量 法。 结合本系统f i f j 技术特点，本次洲墨实验所采j + j 的测培一【：县士要有：人体测 第二章人体三维计测及数据预处理 高仪、软卷尺、数字式人体秤、直尺、三角尺以及自行研制的专门测量围度曲线 的人体围度曲线测绘仪。 表2 - 2 列出了本次人体测量所需的工具及仪器。 表2 - 2 人体测量的工具和仪器 名称计量范围精度用途 人体测高仪 5 0 驴- 2 0 0 0 m ml m m测量身高 测量围度及长度 软卷尺 o - 一1 0 0 0 m m l m m 尺寸 数字式人体秤 伊一1 3 6 k g 0 5 k g测量体重 人体围度曲线 高度2 1 5 0 m m测量人体各水平 宽度8 0 0 m m1 m m截面高度、绘制人 测绘仅 厚度7 0 0 m m 体截面曲线 测量与围度尺寸 直尺 口一5 0 0 m m l m m 有关的宽、厚尺寸 测量与围度尺寸 三角尺 仔一3 0 0 m m l m m 有关的宽、厚尺寸 另外，在实验中还需配备一些其他常用工具，如黑色紧身衣、彩色笔、a 3 打印纸、拖鞋等。 2 3 测量部位与方法 2 3 1 注意事项 本次计测的目的是对数据进行有效分析，找出其中的规律，建立青年男子 尺寸数据库和2 d 一3 d 转换数学模型。测量时，被测者统一穿着紧身衣，上身为 黑色罗纹背心，下身为黑色紧身短裤。测量时，测量者应站于被测者前方，辅助 测量者应站于被测者斜右前方。测量侧面时，以右侧为准。使用软卷尺测量时， 适度的拉紧软尺，且保证人体不受软尺的压迫。在安排计测任务时，为保证计测 精度，每个计测人员只负责一类计测项目；为合理安排工序，保证测量的准确性 和经过同一测定点的测量值的统一性，保证流水线畅通，避免瓶颈工序，将测量 第二章人体三维计测及数据预处理 工具相同的计测项目尽量归为一类【1 2 】。计v , t j i 序安排如图2 - 1 图2 - 1 人体测量流程图 f i g2 - 1t h ef l o wc h a r to f t h eb o d y m e a s u r e m e n t 2 3 2 手工测量的部位 以人体基准点和基准线为依据，同时参照 g b t 1 6 1 6 0 1 9 9 6 服装人体测量 的部位与方法及国际标准i s o 8 5 5 9 ：1 9 9 8 服装制作和人体测量人体尺 寸，并结合本测量系统的特点，确定以下测量项目：体重、身高、颈椎点高、 坐姿颈椎点高、头围、颈围、臂围、胸围、腰围、中臀围、臀围、横裆、总肩宽、 臂长、胸宽、胸厚、腰宽、腰厚、臀宽、臀厚、胸高、腰围高、臀高、腰臀距。 2 。3 3 测量方法 1 ) 头围： 坐姿，测量者站在被测者正前方，用软卷尺测量两耳上方水平所得的头部 最大围度。 2 ) 颈围： 坐姿，测量者站在被测者正前方，以软卷尺测量以喉结下2 c m 为起点，经 颈椎点至起点的围长。 3 ) 中臀围： 立姿，自然呼吸，用软卷尺测量在腰围和臀围之间腹部最丰满处所得的水 平围度。 4 ) 臂围： 立姿，手臂自然下垂，测量者站在被测者右方，用软卷尺测量右上臂最丰 满处一周所得的围度。 5 ) 横裆： 立姿，测量者站在被测者右方，用软卷尺测量右大腿根部最丰满处所得的 水平围度。 第二章人体三维计测及数据预处理 6 ) 身高： 立姿、赤足，将人体测高仪放置在人体正后方，测量者站在被测者右侧， 用手移动人体测高仪的活动尺座，使活动直尺与头顶点相接触，测量从头顶点 到地面的垂直距离。 7 ) 颈椎点高： 立姿、赤足，将人体测高仪放置在人体正后方，并使活动直尺与人体矢状 相平行，测量者站在被测者右后方，用手移动人体测高仪的活动尺座，测量从 颈椎点到地面的垂直距离。 8 ) 坐姿颈椎点高： 被测者取坐姿，将人体测高仪放置在人体正后方，测量者站在被测者右侧， 用手移动人体测高仪的活动尺座，测量自第七颈椎点到凳面所得的垂直距离。 9 ) 肩宽： 立姿，手臂自然下垂，测量者站在被测者正后方，用软卷尺测量左右肩峰 点间所得的水平弧长。 1 0 ) 臂长： 立姿，手臂自然下垂，测量者站在被测者右方，用软卷尺测量肩峰点到尺 骨茎突点所得的距离m i i ”1 。 1 1 ) 体重： 被测者赤足站于数字式人体秤上，待数字显示不变化后记录下数值。 2 4 人体三围相关尺寸的获取 人体三围是人体的重要部位，准确获取人体三围尺寸是实现非接触式人体测 量的关键。鉴于本测量系统的技术特点，在测量人体三围尺寸时，需同时测量与 三围相关的宽、厚和高度尺寸，即胸宽、胸厚、胸点高；腰宽、腰厚、腰围高； 臀宽、臀厚、臀点高。而使用传统的手工测量方法很难同时测出围度及其相关的 宽度、厚度和高度信息。本文使用自行研制的人体三围曲线测绘仪，将人体三围 曲线绘制出来，再从曲线上测量出人体三围相关尺寸。 2 4 1 人体围度曲线测绘仪 如图2 2 所示，在宽8 0 c m 、厚7 0 c m 、高2 1 5 c m 的铁架上横向安装两个同步 升降平台，平台尺寸为7 2 c m x5 0 c m ，平台上平行排列7 0 根直径o 5 c m 、长3 8 c m 的横截面为圆形的钢制测定棒，排列宽度为3 5 c m 。测量时人体位于两平台之问， 根据测量部位和人体高度移动平台至正确位置并使钢棒的一端与人体表面接触， 第二章人体三维计测及数据预处理 另一端则形成人体围度曲线，用彩色笔在a 4 打印纸上绘出曲线，同时测量者可 通过铁架上标尺读出人体各部位对应的高度。 2 4 2 测绘方法 图2 - 2 人体围度曲线测绘仪 f i g2 - 2t h em a p p i n gi n s t r u m e n tf o rt h eb o d yg i r t h 被测者赤足站于测绘台中心标志线上，两曲线绘制平台平行置于人体正前 方与正后方，同步升降平台至测量位置，推出钢棒至恰好接触人体，在两绘图纸 上沿钢棒外轮廓轨迹同时描绘截面曲线。同时观测记录该部位截面的高度。 2 4 3 三围相关尺寸的测量 利用人体围度曲线绘制仪描绘出人体三围曲线，如图2 3 所示。 在三围曲线图上，用软卷尺分别测量前胸弧长、后胸弧长、前腰弧长、后腰 弧长、前臀弧长、后臀弧长；用直尺和三角尺测量胸宽、胸厚、腰宽、腰厚、臀 宽、臀厚。具体测量方法如下： 1 ) 胸围：将绘制的三围截面曲线图平放在桌面上，用软卷尺沿曲线测量其长度， 在曲线边缘呈锯齿状处应取锯齿中间平均值处，以减少误差；在曲线中 部，软尺测量两个连续凸点时须经两凸点进行直线测量，以达到实际测 体的效果：分别测量前后胸围弧长，求和即可得到人体胸围尺寸。 第二章人体三维计测及数据预处理 胸围腰围臀围 图2 - 3 人体三围截面曲线 f i g2 - 3t h e c u r v e so f t h ec r o s ss e c t i o no f t h eb o d yg i m l 2 ) 腰围：测量方法与胸围同。 3 ) 臀围：测量方法与胸围同。 a 图2 - 4 臀围横截面图 f i g2 - 4t h ec r o s ss e c t i o no f t h eh i pg i r t h 4 ) 臀宽：将绘制的人体臀围曲线前后片拼合，如图2 - 4 所示， 和三角尺测量a 、b 两点间的线段长度。 5 1 臀厚：将绘制的人体臀围曲线前后片拼合，如图2 - 4 所示， 和三角尺测量c 、d 两点间的线段长度。 6 ) 胸宽、胸厚、腰宽、腰厚：测量方法同臀宽、臀厚。 2 ；5 人体数字图像的获取 在曲线上用直尺 在曲线上用直尺 第二章人体三维计测及数据预处理 2 5 1 主要设备 获取人体数字图像的主要设备有：三维立体标定框、可固定三角相机架、 “o l y m p u sc 2 5 0 0 l ”型数码相机、电子计算机、图像采集卡等。 2 5 2 测量方法 使用数码相机拍摄人体正面和侧面数字图像。拍摄正面时，被测者身穿黑色 弹力背心和弹力短裤站于标定框中固定标志处，两脚之间的距离等于肩宽，双臂 分开与身体侧线约成4 0 度角，露出下裆点、腋下点等：拍摄人体侧面图像时， 被测者双脚站于标志处，双脚分开与肩宽相同，双臂紧贴于身体两侧，不遮挡前 后边缘线。 将可固定三角相机架固定于标定框正前方约2 5 m 处，调整并固定数码相机 的各项性能指标，如光圈大小、快门速度等。对被测者的正面、侧面按顺序进行 拍摄并将图像及时存储 1 5 i 。 2 6 测量误差的来源与减少方法 误差主要来源于主观和客观两方面，本次实验客观方面误差主要来源于仪器 误差，如仪器的调零，金属器具随温度的热胀冷缩等；主观方面误差主要来源于 被测者的姿势、心态等以及测量人员的测量习惯。数据处理过程中的误差主要来 源于记录人员的漏记、误记，数据录入电脑时的错录等。 要最大限度的减少误差就应从主客观两方面分情况采取措施，本文采取的 措施如下： 1 ) 主观方面：按各道工序要求进行严格操作，提高技术熟练程度，端正态度，同 时要发扬互相配合的团队精神；数据记录与录入电脑两人配合进 行，记录之前要与测时人员进行确认，录入电脑时一人读数一人录 入；数据处理前做好剔除错误工作。 2 ) 客观方面：在每次测量前要检查仪器是否正常，数字式人体拜等要注意调零， 其它组合仪器要严格对齐刻度，以免产生读数误差；尽量缩小由于 环境变化而引起的测量双方生理、心理的不适；认真指导被测者保 持正确的姿势和轻松的心理状态。 2 7 人体尺寸数据的预处理 第二章人体三维计测及数据预处理 准确真实的人体测量数据是进行人体数据分析的基础，为了使人体测量数据 分析在准确、真实、方便的前提下进行，必须对原始数据加以科学的选取处理， 为人体尺寸数据的分析处理做必要的准备。数据预处理主要包括人体尺寸数据文 件的建立与编辑及人体尺寸异常数据的检出与处理二个步骤。 2 7 1 人体尺寸数据文件的建立与编辑 将全部人体尺寸数据资料按样本编号录入，统一采用规定的数据文件格式， 以便文件的检索及汇总。对每个数据文件进行编辑检查，其内容包括： 1 ) 文件中录入项目重复或漏录的进行删除或重新录入： 2 ) 数据文件格式与规定格式不符的重新编辑； 3 ) 对录入时遗留下来的个体样本数据进行补充录入。 2 7 2 人体尺寸异常数据的检出与处理 在大规模群体调查中，在测量、记录、录入人体数据的各个技术环节中都难 免发生错误，因此数据处理前必须检查和处理异常数据。 本文按以下方法审查了全部人体尺寸数据，对其中的异常数据进行了稳妥的 科学处理。( 处理后的数据经计算分析过程的检验达到了数据使用的要求。) 1 ) 计算各测量项目的均值及标准差，将数据标准化； 2 ) 据3 盯( 概率为9 9 5 3 6 ) 原则筛选出异常数据( 假定其为错误异常数据) ，即 标准化数据中以+ 3 0 - 为依据进行筛选： 3 ) 查找不合理的异常数据错误根源，翻看原始记录，如属录入错误则进行 修改，如属有可能的特体则保留，如属无法修正的错误则仅就该项目剔 除。 第三章人体尺寸灰色关联分析 第三章人体尺寸灰色关联分析 人体测量过程中，对于以骨骼为基准点的测量部位，非接触式测量方法因 难以确定骨骼点而影响测量精度。人体体型是一个复杂的、多变量的系统，各变 量间彼此相关。若建立人体尺寸间相互关系的数学模型，以特征部位测量值估计 其他相关部位值，在保证一定精度前提下，可以减少人体测量部位，减少测量工 作量，使人体测量工作得以简化。而人体体型可以被视为一种灰色系统，通过建 立人体体型灰色模型，用人体特征部位尺寸来预测人体其他细部尺寸，从而实现 非接触式人体自动测量。人体体型灰色模型建立了各部位与特征部位之间的数学 关系，特征部位值的变化能导致整个人体体型尺寸的相应变化。通过人体二维尺 寸与三维空间坐标的转换，可以由人体特征部位的二维尺寸控制人体三维坐标的 变化，从而实现二维尺寸输入的三维人体体型模拟。在这个过程中，如何确定人 体特征部位即决定人体体型特征的部位是建立人体体型灰色模型的前提和 关键。本章运用灰色关联分析理论，对实验所测的人体尺寸数据进行灰色关联分 析，确定了人体特征部位【1 “。 3 1 人体特征部位确定的原则 选定人体特征部位必须遵循以下原则： ( 1 ) 特征部位是重要测量部位； ( 2 ) 特征部位的变化最大且与人体体型变化的规律相符合，并与服装生产的 实际与经验相一致； ( 3 ) 由特征部位确定的人体体型能尽可能多地覆盖人群： ( 4 ) 特征部位数量尽可能少； ( 5 ) 特征部位应是易测量的，且易为大众所熟悉接受的。 3 2 灰色关联分析理论的数学原理 一般的抽象系统中，都包含许多种因素，多种因素共同作用的结果决定了 系统的发展态势。我们常常希望知道在众多的因素中，哪些是主要因素，哪些是 次要因素；哪些因素对系统发展影响大，哪些因素对系统发展影响小；哪些因素 对系统发展起推动作用需强化发展，哪些因素对系统发展起阻碍作用需加以抑 第三章人体尺寸灰色关联分析 制这些都是系统分析中人们普遍关心的问题。为了实现少投入多产出，同时 找到影响系统发展的主要因素，就必须进行系统分析。 而数理统计中的回归分析、方差分析、主成分分析等都是用来进行系统分 析的方法。这些方法有以下不足之处： 1 ) 要求有大量数据，数据量少就难以找到统计规律。 2 ) 要求样本服从某个典型的概率分布，要求各因素数据与系统特征数据之 间呈线形关系且各因素之间彼此无关。这种要求往往难以满足。 3 ) 计算量大，一般要靠计算机帮助。 4 ) 可能出现量化结果与定性分析结果不符的现象，导致系统的关系和规律 遭到歪曲和颠倒。 在服装工业中，统计数据相对有限，而且现有数据灰度较大，再加上人为的 一些原因，数据没有什么典型的分布规律，因此采用数理统计的方法往往难以奏 效。 3 2 1 灰色关联分析的基本思想 灰色关联分析的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联 系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。 对于一个抽象的系统或现象进行分析，首先要选准反映系统行为特征的数 据序列。我们称为找系统行为的映射量，用映射量来间接地表征系统行为。例如 用人体的胸宽、胸厚和t n f 指数来反映人体胸围大小等。有了系统行为特征数 据和相关因素数据，就可做出各个序列的图形，从直观上进行分析。例如青年男 子胸围) ( 0 、胸宽x 1 、胸厚x 2 、t n f 指数x 3 序列，随机选取统计数据如下： x o = ( 8 1 4 ，8 3 5 ，7 9 2 ，8 6 1 ，8 7 7 ，8 2 5 ，7 7 4 ，8 4 4 ，9 2 2 ，8 4 5 ) 置= ( 2 9 0 ，3 0 0 ，2 7 9 ，2 9 7 ，3 0 9 ，2 8 3 ，2 7 8 ，2 9 2 ，3 2 8 ，2 9 9 ) 五= ( 1 9 0 ，1 9 0 ，1 8 5 ，2 1 6 ，2 1 4 ，2 1 3 ，1 7 8 ，2 1 5 ，2 2 6 ，2 0 5 ) 置= ( 3 2 9 ，3 2 7 ，2 9 1 ，3 2 3 ，3 6 9 ，3 4 0 ，3 0 0 ，3 4 6 ，4 1 4 ，3 4 9 ) 各序列置“= 0 ，1 ，2 ，3 ) 的曲线图如图3 1 所示。从直观上看，与人体胸围曲 线变化趋势最相似的是t n f 指数曲线，而人体胸宽和胸厚曲线与胸围曲线变化 趋势也很接近。这说明人体胸围受该三个指标影响较大。根据实际问题需要，还 可进一步进行量化研究分析。 第三章人体尺寸灰色关联分析 图3 - 1 各序列曲线图 f i g3 - 1t h eg r a p ho f e a c hs e r i a ld a t a 3 2 2 灰色绝对关联度 设原始序列、x i 长度相同，且皆为1 - 时距序列： k = ( x o ( 1 ) ，x o ( 2 ) ，x o ( n ) ) 置= ( 1 ) ，x i ( 2 ) ，埔( h ) ) 对上述序列分别求其始点零化象，( o ( | 】 ) = 鼍( | 】 ) 一薯( 1 ) ) ，得到新的数列： 瑶= ( 嚣( 1 ) ，帮( 2 ) ，带( n ) ) 厨= ( 1 钟( 1 ) ，墨( 2 ) ，0 ) ) 7 则这两序列间的灰色绝对关联度岛；为： 缸而鞘， 式中： k l = i n - 1 k * 2 ( 卅j 蚓= l 艄七) + 寺( n ) l j 厶 j 叫驴n - ! 协i 卅l 以七) + 机n ) l l l = 2 l 卜s 。1 = 1 ( z ；”( ) 一x 。o ( k ) + ( x ) 一( 一) )