基于三维扫描的人体尺寸测量方法研究.pdf

行 业 应 用 与 交 I L n du s t r i al App lic a t i on s a n d CO mm u n j ca t i On s 自动化技术与应用 2 0 1 5年第 3 4卷第 1 1 期 基于三维扫描的人体尺寸测量方法研究 王云龙 1 黑龙江省科学院自动化研究所 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 9 0 l 2 黑龙江省科学院高技术研究院 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 2 0 摘 要 本文提出了一种基于三维人体点云数据的人体特征尺寸测量方法 采用基于双 目立体视觉技术的三维扫描获取完整人体 点云数据 经模型姿态摆正和采样处理 手动标定特征点位置 得到人体主要特征位置相对于身高的比例情况 提出了特 征部位点云测量算法 共测量 5 0组人体特征尺寸 包括颈围 胸围 腰围 臀围和大腿围 并对测量结果进行分析 结 果表明测量误差小于 2 可满足基本的人体测量需求 关键词 三维扫描 三维点云 人体测量 人体模型 中图分 类号 T P 3 9 1 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 5 1 l 0 1 1 5 0 4 St u d y o f Bo d y Di men s i o n Me a s u r e me n t Ba s e d O n 3 D Sc a n n i n g A NG Yu n l o n g 1 I n s t it u t e o f A u t o ma t io n Ha r b in 1 5 0 0 9 0 C h in a 2 H e il o n g j ia n g Aca d e my o f S cie n ce s H a r b in 1 5 0 0 2 0 C h in a Ab s t r a ct T h is p a p e r p u t s f o r wa r d a k i nd o f 3 D h u ma n b o d y d ime n s io n me a s u r e me n t me t h o d b a s e d o n p o i n t cl o u d d a t a Base d o n b i n o cu l ar s t e r e o v is i o n t e ch n o l o g y o f 3 D s ca n n in g t o o b tai n co mp l e t e h um a n p o i n t cl o u d da ta s t r a i g h t e n an d s a mp l e p r o ce s s i n g manu a l ca l i b r a t i o nf e a t u r ep o i nt s t h ema i n f e a t u r eo f h um a nb o d yp o s i t i o n r e l a t i v et oh e ig h t r a t ioisg o t t e n A f e a t u r el o ca t i o np o in t cl o u d me a s ure me n t a l g o ri t h m is p r o p o s e d A t o tal o f 5 0 g r o u p s o f f e a t u r e s iz e is me asure d i n cl u d i n g t h e n e ck ci r cu mf e r e n c e ch e s t ci r cmn f e r e n ce wa i s t ci r cum f e r e n ce h i p ci r cu mf e r e n ce t h i gh ci r cum f e r e n ce t h e me asure me n t r e s u l t s a r e ana l y s e d T h e r e s u l ts s h o w t h a t the me a s ure me n t e r r o r i s l e s s than 2 it C an me e t t h e d e ma n d o f b a s i c h um an b o d y me asure me n t s Ke y wo r ds 3 D s ca n n i n g 3 D p o in t cl o u d h u man me a s u r e me n t b o d y mo d e l 1 引言 为了获取人体的特征尺寸 传统的方法主要是依靠皮 尺 测高仪 测距仪和角度仪等设备 对人体进行接触式 测量 可以直接获取人体各个部位的长度 深度 宽度和 角度等信息 其原理简单 便于操作 几乎可以获得所有 的人体特征数据 因此得到了长期而又广泛的使用 但该 方法依赖于人的手工测量 因此测量人员的主观经验会对 测量结果造成不可避免的影响 从而导致测量结果存在误 差 随着计算机视觉技术和三维扫描技术的发展 出现了 诸多获取人体三维数据的方法 因此可以通过测量三维点 云数据的方式来获取人体特征尺寸 人体测量技术经历了 由二维到三维 由接触式向非接触式 由手工测量向计算 收稿 日期 2 O 1 5 0 4 1 4 机 自动测量的发展变化 l J 相比传统测量误差大 效率差 自动化程度低的缺点 三维测量技术弥补了传统方法的不 足 具有高速 高效 高精度 高自动化的特点 已经被 广泛应用在人体测量 服装制造和虚拟动画领域 由此可 见 通过研究人体三维点云数据 对其进行处理分析从而 获得有效信息 具有重要的意义 2 人体三维扫描技术 经过近二十年的发展 人体三维扫描方法主要包括立 体摄影扫描法 翻 莫尔条纹扫描法 跚 激光扫描法 白 光相位扫描法 嘲和红外线扫描法 旧 在以上方法中 莫尔 条纹扫描法和立体摄影法出现的较早 其中莫尔条纹法对 三维扫描技术的发展具有指导意义 但两种方法精度均不 高 限制了其应用范围 红外线扫描法的优势在于可以排 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 5 年 第3 4 卷 第ii期 彳 亍业 应 用 与 交 流 I n du s t r ia l App lic at i on s a n d Co mmun i c a t i o n s 结果进行分析 如表 1 所示 表 1 人体特征尺寸对照表 特 征 样本 1 样本 2 样本 3 5 0 坦数据 部位 测量位 宴际t 晁 整 洲量值 实际位 误差 测量位 实 际位 误差 平均谡盏 颈 舶 2 8 9 2 9 1 0 0 3 4 4 3 4 7 0 8 既 3 5 9 3 6 3 l 1 0 1 0 2 唐 圈 8 9 6 9 2 2 2 8 2 9 8 8 9 9 7 O 9 0 1 0 3 7 1 0 4 6 0 8 8 1 7 韩 腰电 7 0 6 7 1 6 1 4 O g 8 g 9 9 6 O 7 O t 9 4 5 9 5 2 O 7 0 9 3 磨 g 7 l 9 9 3 2 2 2 l 1 9 5 1 2 0 6 0 9 1 9 8 9 1 0 0 2 l 3 0 1 3 2 大膳圈 4 7 7 4 8 0 0 6 3 5 6 8 5 7 8 1 7 钠 5 1 7 5 2 0 0 5 既 l 1 由表 l 可知 采用本算法测量的人体尺寸与实际尺 寸存在 1 2 的误差 误差的来源主要有以下三方面 1 在三维数据的采集过程中 原则上要求人体保 持静止状态 但由于时间较长 人体的姿势和位置不可 避免的会产生变化 对测量结果产生影响 2 被测者的姿势会对测量结果产生影响 在扫描 时需要人体摆出特定姿势 例如在测量胸围时需要伸直 手臂而且和躯干成一定央角 手臂和躯干的夹角太小会 导致胸围测量偏小 导致测量存在误差 3 在测量时要求被测量者的服装要紧贴皮肤 只 有这样测量的数据才会尽可能接近于真实值 但实际上 被测量者的服装或多或少的会与皮肤存在空隙 会使测 量值大于实际值 实际在人工测量时 由于测量者的主观影响 会对 各个部位的测量放宽 1 3 c m 9 所以本系统的误差是 在允许范围内的 6 结束语 本文采用 自行研制的基于双 目立体视觉技术的三维 扫描设备获取人体三维点云数据 通过手工标定特征点 位置 统计人体特征点位置 计算出人体主要特征位置 相对于身高的比例情况 本文共采集了 5 0组三维人体 点云模型 通过测量算法自动测量人体的颈围 胸围 腰围 臀围及大腿围 经过与实际值计算对比 误差均 在 2 以内 证明本文的测量方法可以满足正常的人体 测量 需求 参考文献 1 黄新民 张欣 朱欣娟 基于混合模式的三维人体数 据管理系统 J 纺织学报 2 0 0 6 7 5 2 5 5 2 邢 英 杰 张 艳峰 陆海 涛 等 基 于激 光 扫 描辅 助立体摄 影的无规则 物体的三维重 建 J 计 算机应 用研 究 2 0 0 4 2 1 8 1 3 0 1 3 1 3 ME ADOWS D M J 0HNS ON W O AL L EN J B G e n e r a t io n o f s u r f a c e c o n t o u r s b y mo ir 6 p a t t e r n s J A p p l ie d Op t i c s 1 9 7 0 9 4 9 4 2 9 4 7 4 C HOAT E A G O p t ic a l a n d d ig it a l p r o c e s s in g t e c h n i q u e s in a ma c h in e v is io n me t r o l o g y s y s t e m J Op t ic a l E n g in e e r i n g 1 9 8 9 2 8 1 2 2 8 1 3 1 1 2 8 1 3 1 1 5 丁其湄 荣国浚 苏红宇 相位测量技术在人体尺寸 自动测量中的应用 J 北京服装学院学报 1 9 9 2 1 2 2 5 4 5 9 6 6 甘应进 陈东生 盂爽等 非接触式三维人体计测现 状 J 纺织学报 2 0 0 5 2 6 3 1 4 5 1 4 6 7 宋昌江 吴冈