人体照相测量的误差因素分析.pdf

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1、第2 7 卷第6 期 2 0 0 6 年6 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 6 J u n 2 0 ( ) 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 lf 2 0 0 6 ) 0 6 0 0 5 1 0 4 人体照相测量的误差因素分析 郭静1 ，张浩1 ，郑嵘1 2 ，胡晓丹3 ，段笑娟3 ( 1 北京服装学院，北京1 0 0 0 2 9 ；2 香港理工大学，香港；3 北京爱慕内衣有限公司，北京1 0 0 1 0 2 ) 摘要为了找出影响照相测量方法准确度的因素，并最大程度地将其减弱甚至消除，选取了3

2、 种在成像质量和光 学构造上具有代表性的数码相机，确定了5 个拍摄距离和4 个考察对象进行实验。通过对各种状态下测量得到的数 据进行定性、定量分析和验证分析，得出人体照相测量产生误差的因素包括数码相机本身的光学构造、人为操作及后 期测量等，其中光学误差基本符合球面变形规律。根据分析结果，提出了选择数码相机和优选数据测量软件的建议。 关键词照相测量；测量软件；拍摄距离；相对误差 中图分类号：嘞4 1 2 6文献标识码：A A n a l y s i so nt h ef a c t o r si n n u e n c i n gt h ea c c u r a c yo fh u m a np

3、 h o t o g r a m m e t r y G U OJ i n 9 1 ，Z H A N GH a 0 1 ，Z H E N GR o n 9 1 一，H UX i a o d a n 3 ，D U A NX i a o j u a n 3 ( 1 彬凡g 踟觇m 渺D ，C l f o 棚昭曲觇，访愕1 0 0 0 2 9 ，饥i M ；2 砚e 舶愕昭P D 妒e c 胁蚵， 舶n g 昭，蕊打m ；3 & 彬愕舫聊西邵廊c o ，n d ，承昭 1 0 0 1 0 2 ，吼扫) A b s t 咫c t h lo r d e r t of i n do u tt h ef 如

4、t o r si n n u e n c i l l g 锄I so fp h o t o g 眦皿烈r y 肌dm d u c et h e mt ot h er 1 1 i I l i n 帆， e x p 耐咖a t i o n sw e 陀c 商e d 删tw i t | lt 1 1 I ! e ed i 疵a lc a H 七r a sw l i c ha mr e p r e s e n t a t i v ei no p t i c a lc o 璐t i t u t i o n 粕d i 瑚g i n gq u a l i t y ，f i v ed i 雎r e r l t

5、p h o t 删n gd i s t 锄c e sa n df o u ro b j e c t s I h e n ，血ed 砒ao b t a i n e du 1 1 d e rd i 如r e n t c o n d i t i o n sw a sp m c e s s e du s i l l gq 岫l i t a t i v ea n a l y s i s ，q 咖t i t a t i V ea n a l y S i s 趾dV a l i d i t yc h e c k F I o mt h er e s I l l t si tc 锄 b ec o n c l u

6、 d e dt h a tm ef a c t o r sa 雎c t i n gt h ea c c u I a _ c yo f 岫b ( ) d yp h o t o g r a r n 眦t r yi n c l u d em eo p t i c a lc o 璐t i t u t i o no f t h ec a l e r a ，n 如u a lo p e r a t i o n ，龃ds l l b s e 叩l e n tn 砣a s u r e m e n te t c 0 p t i c a le I I D ri sb a s i c d U yc o l l | !

7、 ：0 e dt o 山el a wo f s p h e I i c a ls u d k ed e f b n m t i o n A c c o r d i l l gt ot h e 锄a l y s i sI - e 枷t st h es u g g e s t i o nt oc h o o s es u i ta ：b l ed i 百t a lc a 眦r a 柚d o p t i I I l i z et h er n e a s u r e I n e n ts o n w a r ef o rg e t t i n gg o o dr e s u l t sw a sb

8、m u g h tf o r w a I d K e yw o r d sp h o t o g m p h i cm e a s u r e m e n t ；m e a s u r e m e n ts o f t w a r e ；p h o t o g r a p h i cd i s t a n c e s ；r e l a t i V ee n o r 人体测量方法主要包括接触式测量法和非接触 式测量法j 。由于测量误差受多种因素的影响心， 因此，认识并探讨减小误差因素及误差程度的方法 对提高人体照相测量的准确度是极为重要的。 本文采用多种实验方法对现有数码相机照相测 量系统进行检

9、测和考察，通过分析、比较实验数据得 出误差产生的原因和程度，提出减弱甚至消除误差 的综合性建议。 ( 底面直径1 1 2 0c m ，高3 8 5 9c m ) 、树脂圆柱体( 底面直径 2 0c m ，高1 6 0c m ) 、有机玻璃人形标定模型( 高1 6 5 唧) 。 数码相机：N i k o nD 1 0 0 、s o n yD S C F v 7 0 7 、C a I l o n P o w e r S h o ts 4 0 0 。 测量软件：P h o t o s h 叩、s h a p e l i n e 。 辅助用具：S h 印e l i n e 外轮廓人体计测分析系统、 S

10、 h a p e i m a g e 、s h 印e a d j u s t o r 、三脚架、建筑用铅直测定 器、水平角度测定器、马丁计测仪、计算机。 1实验部分 1 2 实验标定与调整 1 1 实验用具 考察对象：平面栅格图( 长1 2 0c m ，宽7 0 咖) 、标准件 1 2 1 标定 考察对象：平面栅格图( 以标杆中心所在的水平 收稿日期：2 0 0 5 一0 9 2 2 修回日期：2 0 0 6 0 1 0 5 基金项目：北京市科委资助项目( H 0 2 1 0 2 0 0 5 0 6 2 0 ) 作者简介：郭静( 1 9 8 3 一) ，女，硕士生。主要研究方向为服装结构设计等

11、。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【5 2 】纺织学报第2 7 卷 线为石轴，栅格图的竖直中心线为y 轴建立坐标 系，选取相互间隔2 0c m 的2 7 个标定点) 、标准件( 在 纵向中心处选取1 个标定点) 、树脂圆柱体( 以标杆 中心所在的水平线与树脂圆柱体的纵向中心线的交 点作为1 个标定点，再由这个点沿树脂圆柱体的纵 向中心线分别向上、向下5 0c m 选取2 个标定点) 、有 机玻璃人形标定模型( 头、颈、s p 2 、胸、腰、臀、膝

12、、手 腕、脚腕部共1 3 个标定点) 。 拍摄距离选2 、2 5 、3 、4 、5m 共5 个。 1 2 2 调整 依次调整拍摄器具，使三脚架平衡稳定，数码相 机镜头的光学轴心与地面平行，视窗平面与考察对 象平行，聚焦中心与考察对象中心对正。 1 3实验过程 1 3 1 手工测量 用马丁计测仪测量各个考察对象标定点处的宽 度、高度各3 次，取平均值。 1 3 2 拍摄 考察对象和标杆的中心处于与镜头的光学轴心 相垂直的同一平面。使用铅垂和角度测定器等进行 校正，使考察对象上平面水平，在考察对象中心与外 轮廓人体计测分析系统底平面中心对正的前提下摆 放考察对象( 综合考虑平面栅格图、标准件与实际

13、人 体的大小差异，将平面栅格图摆放为上、下2 个位置 进行拍摄，将标准件摆放为上、中、下3 个位置进行 拍摄) ，然后用3 种数码相机在5 个不同距离分别拍 摄4 个考察对象。 1 3 3 整理 首先用s h 印e i 啪g e 使图像的像素条件统一；分 别用P h o t o s h 叩和s h 印e l i n e 测量图片上标定点的宽 度、高度各3 次，取其平均值；然后用s h 印e a d j u s t o r 测 量在不同距离拍摄考察对象时得到图片的像素 大小。 2分析 2 1定性分析 为了便于后续分析，必须减少变量，筛选出最适 合的数码相机与测量软件。方法是在同一坐标系 下，以平

14、面栅格图为主，树脂圆柱体和标准件为辅， 考察如下内容：1 ) 不同相机、同一距离和测量软件时 的误差程度；2 ) 不同距离、同一相机和测量软件时的 误差程度；3 ) 不同测量软件、同一相机和距离时的误 差程度。比较测量数据之后选择目标相机与测量 软件。 2 1 1 不同相机和相同距离与测量软件 先计算各点戈、y 坐标与实际数值差值的绝对 值，再将其制成菇、，向偏差分布图，统计各点处该 值在相同距离和测量软件、不同相机时最小值的分 布情况，见图1 。限于篇幅，仅以平面栅格图3 种相 机一2m S h a p e l i n e 戈向为例。 O 6 县o 4 痫o 2 零O O O 2 栅格位置

15、图1 平面栅格图3 种相机2I n - s h a p e u 耻- r 向偏差分布图 由图1 可见，N i k o nD 1 0 0 拍摄获得的数据偏离 中心轴的程度最小，即误差程度相对最小。并且，这 种趋势随着拍摄距离的缩短更明显。 2 1 2 不同距离和相同相机与测量软件 分析方法与2 1 1 近似。可以得出，拍摄距离 5m 时的误差程度最小，4m 稍逊之，3 、2 5 、2m 的状 态不稳定。 2 1 3 不同测量软件和相同相机与距离 分析方法与2 1 1 近似。可以得出，s h a p e l i n e 与常规测量软件P h o t o s h o p 的误差程度相差无几，见 图2

16、 ，仅以平面栅格图N i k o nD 1 0 0 5m 一不同测量方 法戈向为例，s h 印e l i n e 和P h o t o s h o p 的误差基本在 0 1c m 以内，此时像素大小为0 0 8 13c m ，而测量时 允许2 4 个像素差，所以两者的误差程度相差无 几。但由于s h a p e l i n e 比P h o t o s h 叩操作简单、耗时 短、而且专为照相测量而设计，所以选用s h a p e l i n e 作为后期的测量软件。 H H H 一 十P h o t o s h 叩 、州 孓加式二= Z 3 烈烈二厉L 划喀、a 、伊二了i j j 。p 铲

17、图2 平面栅格图N i k o nD l 帅- 5 胁 不同测量方法工向偏差分布图 通过上述3 个步骤的定性分析，筛选出N i k o n D 1 0 0 数码相机和s h 印e l i n e 人体外轮廓分析系统作 为研究重点，进行后续分析。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期郭静等：人体照相测量的误差因素分析【5 3 】 2 2 定量分析 为了便于后期校正等操作，必须考察误差程度。 具体方法是以平面栅格图和标准件为主，树脂圆柱 体为辅，在

18、使用N i k o nD 1 0 0 数码相机和s h 印e l i n e 人 体外轮廓分析系统的情况下分析误差趋势及相对误 差程度。 标准件是经过机械加工的标定物，可以用它高 精度地考察立体物体的误差程度，由于s h a p e l i n e 本 身允许有2 4 个像素差，因此在比较它与平面栅格 图的相对误差程度之后，可以认为二者相符。树脂 圆柱体和标准件都是标准形状的立体考察对象，区 别仅在于二者的实际大小。具体数据见表1 、2 ，以 平面栅格图一2m 戈向和标准件摆放于中部5m 为 例。 表1平面栅格图的相对误差程度 标定 手工s h a p e l i n e 相对误标定手工s h

19、 a p e l i n e 相对误 点 测量，c m 测量，c m差，点 测量，c m 测量c m差， E l2 01 9 9 lO 4 5E 22 01 9 。9 l一0 4 5 D l 2 02 0 0 20 1 0D 22 02 0 0 80 4 0 C l2 02 0 1 9O 9 5C 22 02 0 1 90 9 3 B 12 02 0 2 41 2 0B 22 02 0 3 01 5 0 A 12 02 0 2 61 3 0A 22 02 0 3 21 6 0 A l 2 0 2 0 3 01 5 0A 22 02 0 2 41 2 0 B 12 02 0 3 01 5 0B

20、2 2 0 2 0 2 41 2 0 C 12 02 0 2 41 2 0C 22 02 0 1 50 7 5 D 12 0 2 0 1 3O 6 5D 22 02 0 0 4O ，2 0 E l2 02 0 0 2O 1 0E 2 2 0 1 9 9 l一0 4 5 表2 标准件的相对误差程度 通过表1 、2 的定量分析可知，图像的形变基本 符合球面变形规律，将平面栅格图上各点测量得到 的坐标在坐标系中对应后可以直观地说明，见图3 ， 以S h a D e l i n e 2m N i k o nD 1 0 0 为例。并且，随着拍摄 距离的增加，误差程度相对减小。综合考虑相机在 各状态下的像

21、素大小，这样的误差程度是可以接 受的。 2 3 分析验证 为了验证定量分析中的结论，采用如下方法：首 先将符合人体外轮廓的有机玻璃模型栅格化，见 图4 ，再找到平面栅格图上与有机玻璃模型标定点 相对应的点，接着把各点在有机玻璃模型上的实际 误差数值与定量分析中得到的平面栅格图上对应点 的误差数值进行比较，见表3 。表3 中相对误差程度 指s h a p e l i n e 测量得到的数据与手工测量得到的数据 的差值，站代表像素的个数，S 代表栅格图上对应点 处的相对误差，R 代表有机玻璃模型上的相对误差， c 代表差值。当s 与R 同号时，c = IJ sl IRl ，符合 规律的范围是 cl

22、c 0 和Jc 诧个像素大小或 c o ；当s 与R 异号时，差值c = I s 一尺I ，符合规 律的范围是 c Ic n 个像素大小 。 J 0 - 2D O I O 0 I 1 1 0 (1 02 00 0 3 I 图3s h a p e l i n e - 2m - N i k o nD l 对应图 0 0 巳】E)E 2 DL r ， LD) 1D 2 - 叫 ， _ _k C I卜一_ C 2 ，C u 、 ， ，、 ， BBD眦 缸fI JlJ ，If ， 五 1 DA 2 、 f， 若 一 、 J 翠 船B 2 一 h I ： 曲J( o C 2 | |f r J lf | l

23、f - _ J _脊L ， ) 1D 2 I - 一l I i | | I 叫 E 2 I | i ：U； 图4 栅格化有机玻璃 人形标定模型 表3 栅格化有机玻璃人形标定模型之后 各标记点的数据比较 c m 测量部位 5R 差值c 头宽 0 0 5 0 1 0一0 0 5 颈根宽一O 0 3O 0 00 0 3 肩宽( s p 2 ) 一0 0 3 一O 1 1 一O 0 8 胸围位宽0 0 5 0 0 60 0 l 腰围位宽0 1 0 O 1 2一O 0 2 臀围位宽0 1 00 0 40 0 6 膝盖位宽O 1 0O 1 8一O 0 8 身高 一0 1 0O 3 80 4 8 颈根高 O

24、 0 3O 4 3一O 4 0 肩高( 8 p 2 ) O 0 3 0 1 9一O 1 6 胸围位高一o 。0 50 3 7O 4 2 腰围位高0 0 3 0 1 0O 1 3 臀围位高0 1 6 O 1 00 0 6 膝盖位高O 2 l O 1 2O 0 9 像素大小为0 0 8 l3 ， 共1 4 项数据。 l 由表3 可知，5m 状态下，当n 取值为2 、3 、4 时， 符合的数据各有1 1 项。由于后期软件测量时允许有 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the wate

25、rmark 【5 4 】 纺织学报第2 7 卷 2 4 个像素的误差，所以二者之间的差值在可接受范 围之内。因此，定量分析得出的结论有一定适用性。 3结束语 1 ) 采用数码相机进行的人体照相测量可节省人 力、物力，数据处理周期短、效率高、适应性强。其测 量误差由多方面原因造成，但操作步骤、后期测量等 人为误差可以通过规范测量程序等方法来规避；而 相机和镜头的光学构造产生的误差范围基本可以满 足人体测量的精度要求，尤其是在宽度、高度和厚度 方面的测量结果并不逊色于手工测量，因此，照相测 量可以作为一种有效的人体测量手段来弥补传统手 工测量和三维激光测量在某些方面的缺陷。 2 ) 本文研究预设的

26、组合建议中，充分考虑了可 能引起误差的因素以及所选相机镜头的代表性和相 机本身的使用成本等问题，能够对照相测量系统中 的误差因素进行客观描述和分析。 3 ) 照相测量中，在系统和实验条件相同的情况 下，造成误差的因素主要包括：数码相机的种类、数 码相机不同状态下的像素大小、后期使用的测量软 件和拍摄距离等。 4 ) 通过定性分析可知，使用不同拍摄距离、数码 相机以及测量软件的组合所得到的误差程度存在明 显差异。拍摄距离及其它条件完全相同时，N i k o n D 1 0 0 与s h 印e l i n e 组合的误差程度最小，c a J l o n P o w e r S h o ts 4 0

27、 0 与P h o t o s h 叩的组合得到的误差程度 最大。 5 ) 通过定量分析和验证分析可知，图像变形基 本满足相机镜头的球面变形规律，但并不与相机中 心点呈完全对称状态，并且图像中心附近点的误差 程度较小。同时，在研究设定的误差允许范围内，立 体物体与平面物体的误差程度基本相符。 6 ) 在实际的测量工作中，要充分考虑应用领域 可以接受的误差范围、实际的像素大小以及资金成 本等具体情况，采用最优化的数码相机、测量软件、 拍摄距离等搭配组合。 参考文献： 1 罗仕鉴，朱上上，孙守迁人体测量技术的现状和发展 趋势 J 人类工效学，2 0 0 2 ，8 ( 2 ) ：3 1 3 4 2

28、杨晓霞，余国兴服装c A D 中纸样输入的新方法 数码相机摄像输入法 J 纺织科学研究，2 0 0 3 ，( 3 ) ：1 9 2 2 3 李勇，付小莉，尚会超三维人体测量方法的研究 J 纺织学报，2 0 0 1 ，2 2 ( 4 ) ：2 6 1 2 6 3 4 陈利红，毛剑飞，诸静C c D 摄像机标定与修正的简便 方法 J 浙江大学学报( 工学版) ，2 0 0 3 ，3 7 ( 4 ) ：4 0 6 4 0 9 5 邹奉元，张颖基于不同方法的人体测量数据重复性 研究 J 纺织学报，2 0 0 4 ，2 5 ( 4 ) ：7 1 7 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark