一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于人體測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前有關(guān)人體身體部位體型重建與測量的研究大都停留在針對靜態(tài)下體型固定 的人體體型，運(yùn)在很多的應(yīng)用中具有一定的局限性。在倡導(dǎo)充分展示個性化特點(diǎn)的當(dāng)今世 界，個性化服裝的量身定制方興未艾，運(yùn)些強(qiáng)調(diào)展現(xiàn)個性化特點(diǎn)的行業(yè)的蓬勃發(fā)展，也給相 關(guān)技術(shù)革新提出了更高的要求。人體身體部位的變形體型重建與測量必將成為個性化服裝 設(shè)計W及與人體體型相關(guān)的其他領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和核屯、問題，正受到國內(nèi)外研究者的普遍 重視。在=維人體表面成像時，大多數(shù)現(xiàn)有的系統(tǒng)使用激光或結(jié)構(gòu)光掃描，如美國阿泰科 artec-S維掃描儀，國內(nèi)的北京博維恒信公司的3D CaMega DCS系列人體全身掃描系統(tǒng)等。 利用=維掃描儀與傳統(tǒng)的手工測量相比，=維掃描儀的人體建模方法速度快，精度高，缺點(diǎn) 是需要獲取的數(shù)據(jù)量大，重建計算速度慢，對拍攝場景要求較高，同時要求測試者保持靜 止，在一定程度上限制了它的推廣。近幾年出現(xiàn)了一種基于立體視覺的方法，在變形測量領(lǐng) 域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，該方法利用圖像獲取設(shè)備拍攝待測對象多個角度的圖片，利 用特征定位算法處理，自動提取人體特征點(diǎn)或利用事先標(biāo)定的人體特征點(diǎn)再合成=維人體 模型，進(jìn)行尺寸測量。其中圖像獲取設(shè)備主要有數(shù)碼相機(jī)，攝像機(jī)，CCD傳感器等。該方法實(shí) 驗(yàn)環(huán)境要求低，設(shè)備安裝簡便，自動化程度高，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多研究人員的 青睞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法及系統(tǒng)，旨在利用 分形維的標(biāo)定無關(guān)性和比例自相似性，完成特征點(diǎn)整像素相關(guān)捜索匹配;借鑒群體間相互 學(xué)習(xí)協(xié)作的社會屬性W及單一個體自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)變形后特征點(diǎn)快速收斂到最佳位 置，完成動態(tài)腹部變形的體型=維重建。
[0004] 本發(fā)明是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的，一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法，所述氣囊柔性人 臺個性化腹部測量方法包括：
[000引攝像機(jī)標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)中用18 X 18cm黑白交替方格棋盤圖案紙，打印后固定在立方棋 盤標(biāo)定體相鄰兩面，從不同角度拍攝立方棋盤標(biāo)定體，獲得立方標(biāo)定體的圖像，在左右兩圖 像中指定36個標(biāo)祀點(diǎn)，并按順序存放，采用小孔模型，利用線性算法建立二維圖像像素坐標(biāo) 與=維空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系模型進(jìn)而求解透視變換矩陣中的各個元素，得到相機(jī)的參數(shù)；
[0006] 待測柔性人臺腹部充入不同壓強(qiáng)的氣體并穿上粘縫有標(biāo)記點(diǎn)的緊身衣，立于測量 平臺上，用CMOS攝像機(jī)對待測人臺成像，將獲取的圖像通過圖像采集卡輸入計算機(jī)，獲取待 測人臺多種腹部體型的圖像；
[0007] 對得到的人臺腹部圖像，采用特征點(diǎn)提取算法，提取腹部圖像的特征點(diǎn)；
[0008] 設(shè)計子區(qū)大小根據(jù)變形程度自適應(yīng)調(diào)節(jié)的楠圓形子區(qū)，再提出基于子區(qū)面積的分 形維數(shù)并引入子區(qū)主方向，構(gòu)造新的組合特征向量描述子；
[0009] 基于新構(gòu)造的分形維特征向量用相似度函數(shù)完成特征點(diǎn)之間的粗匹配；
[0010] 提出互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng)粒子群算法用于亞像素精定位，得到圖像在時間序列上的 變形精匹配；
[0011] 基于立體視覺系統(tǒng)模型，通過獲取待重建對象的多幅不同視角的圖像信息，提取 圖像的特征角點(diǎn)，完成不同視角圖像中各特征角點(diǎn)間的立體匹配，建立圖像特征點(diǎn)的二維 像素坐標(biāo)與其對應(yīng)的=維世界坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換的關(guān)系模型，得到圖像像素點(diǎn)對應(yīng)的=維空間 坐標(biāo)，完成人臺腹部體型=維重建;本系統(tǒng)中加入的變形匹配則可W實(shí)現(xiàn)同一視角下不同 腹部體型圖像在時間序列上的特征角點(diǎn)匹配，再結(jié)合立體視覺模型實(shí)現(xiàn)人臺多種個性化腹 部體型的=維形貌重建，提取多種人臺腹部體型尺寸。
[0012] 本測量系統(tǒng)采用粗-精兩步法實(shí)現(xiàn)了亞像級的特征點(diǎn)變形匹配，大大提高了變形 匹配的精度。提出互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng)的群智能優(yōu)化算法在保證高精度的前提下，其時間開 銷大幅下降，運(yùn)算效率明顯提高，具有很強(qiáng)的實(shí)時性，尤其是處理大數(shù)據(jù)量時，本文方法的 時間優(yōu)勢更為顯著。
[0013] 進(jìn)一步，所述黑白交替棋盤圖案的每個小方格的大小為3cmX3cm，每面棋盤圖案 大小為18 X 18cm。
[0014] 進(jìn)一步，所述在不同角度拍攝到的立方標(biāo)定體兩側(cè)面的圖像中標(biāo)定36個對應(yīng)的標(biāo) 祀點(diǎn)，并按順序存放。
[0015] 進(jìn)一步，所述待測人臺穿的緊身衣前片各粘縫了620個標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)的形狀設(shè)計 為近似球體的小凸點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)自身直徑小于2mm。
[0016] 進(jìn)一步，所述用化rris角點(diǎn)提取算法提取圖像中的特征點(diǎn)；
[0017] 進(jìn)一步，所述新組合特征描述子中大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)的楠圓形子區(qū)域構(gòu)造方法采用 楠圓形子區(qū)，依據(jù)變形程度的大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)子區(qū)大小，變形程度由子區(qū)結(jié)構(gòu)密度參數(shù)來 衡量，定義如下：
[0019] 式中，fi表示子區(qū)中像素點(diǎn)灰度值，/,.表示子區(qū)像素灰度平均值，A是子區(qū)中像素 點(diǎn)的個數(shù)；
[0020] 所述基于面積的分形維構(gòu)造方法如下：
[0021] 將分形盒中集合元素的灰度值和概率信息融入分子部分，數(shù)學(xué)描述如下：
[0023] 式中，R表示待覆蓋圖像的尺寸大??；
[0024] 用待覆蓋范圍的面積代替邊長，則有：
[0026] 在楠圓子區(qū)中加入主方向參數(shù)，將楠圓區(qū)域每30°劃分一子區(qū)域，然后計算每一區(qū) 域的梯度繪制梯度直方圖，梯度直方圖的峰值為主方向，最后將楠圓的長軸旋轉(zhuǎn)至主方向。
[0027] 進(jìn)一步，所述用到的相似度函數(shù)是兩個特征之間的歐氏距離：
[002引 Si,j = exp(-|Dit(i)-D后(j) I );
[0029] 其中:％(i)，D后(i)分別為變形前，變形后某一特征點(diǎn)子區(qū)的分形維數(shù)；
[0030] 所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)的粒子群算法是指根據(jù)整體變形程度不同自適應(yīng)決定粒子飛行 的速度和范圍，具體到X和y方向各自變形程度也存在差異，因此根據(jù)X和y方向各自的變形 程度決定粒子每一維方向上反映各自飛行速度的隨機(jī)因子；
[0031] 所述互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng)粒子群算法是指在標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法基礎(chǔ)上充分利用整 像素粗匹配階段獲得特征點(diǎn)整像素位置坐標(biāo)和前后鄰近特征點(diǎn)間相對位置的關(guān)聯(lián)關(guān)系作 為歷史信息。
[0032] 進(jìn)一步，所述采用立體視覺系統(tǒng)模型，如公式：
[0034] 其中，（X，Y，Z，1)為真實(shí)物體對應(yīng)的S維世界坐標(biāo)，（m，Vi，1)，（U2，V2，1)為對應(yīng)點(diǎn) =維世界坐標(biāo)在不同角度成像圖像中的二維齊次坐標(biāo)，Ml, M2為攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)投影矩陣。
[0035] 本發(fā)明另一目的在于提供一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括:CM0S攝像機(jī)、圖像采集卡、計算機(jī)、腹部氣囊、電子充氣累；
[0036] CMOS攝像機(jī)的后端連接有圖像采集卡，圖像采集卡安裝在計算機(jī)中，腹部氣囊設(shè) 置在人臺的腹部位置，電子充氣累通過氣管連接腹部氣囊。
[0037] 本發(fā)明另一目的在于提供一種氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法的服裝設(shè)計系 統(tǒng)。
[0038] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用所述氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法的 變形測量系統(tǒng)。
[0039] 本發(fā)明提供的氣囊柔性人臺個性化腹部測量方法及系統(tǒng)，提出了一種粗-精相結(jié) 合的變形圖像像素點(diǎn)坐標(biāo)定位思想，整像素粗捜索階段，結(jié)合多氣囊柔性人臺腹部變形實(shí) 際情況，設(shè)計了大小可自適應(yīng)調(diào)節(jié)的楠圓形子區(qū)域，利用分形維的標(biāo)定無關(guān)性和比例自相 似性，定義了一種基于子區(qū)面積的分形維數(shù)用于描述像素點(diǎn)的屬性，完成特征點(diǎn)整像素相 關(guān)捜索匹配;亞像素精定位階段，借鑒群體間相互學(xué)習(xí)協(xié)作的社會屬性W及單一個體自適 應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，設(shè)計了互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)變形后特征點(diǎn)快速收斂到最 佳位置，完成動態(tài)腹部變形的體型=維重建。是實(shí)現(xiàn)變形前后同名特征點(diǎn)整像素粗匹配和 亞像素精定位兩過程。在整像素粗匹配階段，嘗試運(yùn)用大小可自適應(yīng)調(diào)節(jié)的楠圓形子區(qū)，借 鑒了分形維理論，提出了一種新的基于子區(qū)面積的分形維數(shù)，并引入子區(qū)主方向特征，進(jìn)而 構(gòu)建了一個新的組合特征描述向量，用于整像素捜索，有效提高了粗定位精度;在亞像素精 確定位階段，在標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法基礎(chǔ)上充分利用整像素粗匹配階段獲得特征點(diǎn)整像素位 置坐標(biāo)和前后鄰近特征點(diǎn)間相對位置的關(guān)聯(lián)關(guān)系等歷史信息，提出一種互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng) 粒子群算法，該算法中粒子飛行速度細(xì)化到每一維上的飛行速度，可根據(jù)每一特征點(diǎn)變形 程度自適應(yīng)調(diào)整，該算法保證高定位精度的前提下，大大縮短了迭代時間，提高了算法運(yùn)行 效率。
[0040] 與現(xiàn)有的測量人臺腹部尺寸的方法相比，本發(fā)明方法操作簡單方便，成本低，重建 速度快，精度高;符合實(shí)際應(yīng)用條件，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和高效性，適合在服裝設(shè)計等個性 化人體定制等相關(guān)行業(yè)推廣應(yīng)用，也可為當(dāng)前變形測量等相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域提供另一種替代的 且切實(shí)可行的，有價值的參考方案。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的氣囊柔性人臺個性化腹部測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖中：1、CMOS攝像機(jī);2、圖像采集卡;3、計算機(jī);4、腹部氣囊;5、電子充氣累。
[0043] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的人臺變形匹配立體=維重建流程框架圖；
[0044] 圖中：圖（a)是腹部測量系統(tǒng)整體框架；圖（b)是測量系統(tǒng)第一階段一一整像素粗 捜索階段具體流程;圖（C)是測量系統(tǒng)第二階段一一亞像素精定位階段具體流程。
[0045] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的互相學(xué)習(xí)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)粒子群算法思想示意圖。
[0046] 圖中：1、CMOS攝像機(jī);2、圖像采集卡;3、計算機(jī);4、腹部氣囊;5、電子充氣累。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0048] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的氣囊柔性人臺個性化腹部測量系統(tǒng)主要包括:CM0S攝 像機(jī)1、圖像采集卡2、計算機(jī)3、腹部氣囊4、電子充氣累5。
[0050] CMOS攝像機(jī)1的后端連接有圖像采集卡2,圖像采集卡2安裝在計算機(jī)3中，腹部氣 囊4設(shè)置在人體的腹部，電子充氣累5通過氣管連接腹部氣囊4。
[0051] 設(shè)置有四臺CMOS攝像機(jī)1。
[0052] 下面結(jié)合附圖2和3具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的說明。
[0053] 步驟1:攝像機(jī)標(biāo)定
[0054] 1.1在一立方體表面固定上黑白方格相間的棋盤圖案紙，每個方格的大小為3cmX 3cm