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1、基于红外的三维人体自动测量系统 李勇付小莉 ( 中原工学院，郑州，4 5 0 0 0 7 ) 摘妻：提出基于c c D 与红外传感技术相结合的三维人体尺寸自动测量系统，能快速、准确、大批量地进行人体裸尺寸的测量。对 系统总体结构红外扫描原瑚、软硬件设计、人体图像边缘提取、人体体型和服装人体建模等方面进行较为详细的介绍。 关t 词：人体测量自动系统单片机控制数据采集图像处理灰色建摸人体建模 中嗣 圭分类号：1 s9 4 1 l文蕾标识码：A 人体测量是正确把握人体特征的必要手段和服 装工业化生产中制定号型规格标准的基础。目前，人 体测量技术正在向最优化、自动化及利用计算机测 量、处理和分析的方向
2、发展。 我们提出的基于c c D 与红外传感技术相结合 的三维人体尺寸自动测量系统能够快速、准确、大批 量地进行人体裸尺寸的测量。该系统具有结构简单、 体积小等优点，而且该系统测量出的尺寸为人体裸 尺寸，可使设计出的服装更合体、舒适，并且该系统 能与已有的计算机辅助服装设计系统相衔接，可以 提高服装制造业的设计制造能力、自动化水平以及 企业的生产效率。 r o 一- l 系统的软、硬件 1 1 系统总体构成 三维人体尺寸自动测量系统是集机械技术、电 子技术、计算机技术、自动检测技术、图像处理技术 和理论建模于一体的机电一体化系统。整个测量系 统的关系如图1 所示，其总体构成主要包括以下四 部分
3、 何造型理论，用计算机内的一维存储空间来存放由 二维几何元素的集合所定义的形体，即可解决部件 库中各部件的生成方法问题。设计师在设计新款式 时只需在部件库中选择合适的部件进行装配即可。 由于部件库中所有部件的基本信息( 规格、花色及形 状等) 都是事先处理好的，所以这种素材库又称为静 态素材库。与此相对应的是动态素材库。在动态素材 库中储存的部件基本信息都附带一个变量表。设计 师在动态素材库中选择部件时只要在选中的部件旁 输入有关参量，所选的部件就会改变为设计师想要 的形式。 在将部件装配成服饰模型后，还需将利用针织 服饰花型c A D 技术设计出的花型映射到服饰模型 中相应的位置上，才能得到
4、服饰款式。就针织服饰而 言，只要实现在模型对象上进行贴图，在不增加场景 几何复杂性的情况下即可得到逼真的表面细节。一 般针织服饰模型都分成多个不同视图，例如袜子模 型就分成正视、侧视及背视三种，因此，必须采用图 像的缩放、旋转及变换技术来实现局部区域的映射。 圈1 人体测量系统框图 河南省自然科学基金资助项目( 编号0 0 4 0 6 1 0 0 0 ) 4结语 文中介绍了计算机图形处理方法在针织花型创 意中的应用。具体地说，根据点、线及圆等基本图元 的生成理论，介绍了针织花型c A D 技术的实现方 法；根据曲面的设计理论，介绍了花型空间几何模型 的建立方法；根据明暗效应理论，介绍了花型外观
5、明 暗模型的建立方法；根据图像处理理论，实现针织花 型数据转换；根据形体的几何造型原理，生成针织服 饰模型等等。将计算机图形处理的基本原理应用于 针织工艺中的c A D 技术，使得针织工艺中的图形设 计及花型创意变得更加方便和高效。目前，这一技术 已经在全国普遍推广，并且在生产实践中获得了较 大的社会和经济效益。 参考文献 l 孙家广等计算机图形学北京：清华大学出版社J 螂 2 许耀昌等计算机辅助服装设计北京：纺织工业出版杜 1 9 9 3 3 吴奔立等织物计算机模拟显示方法的探索纺织学报，1 9 9 9 ( 5 ) ：3 6 。3 8 万方数据 PDF Watermark Remover D
6、EMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 图像处理系统；精密测量机构；以8 0 3 l 单片机 程序组成，采用模块化、自顶向下的结构设计。2 ) 面 为控制核心的数控系统；三维人体理论建模。 向系统机的应用软件。本系统的应用软件设计包括 1 2红外扫描原理和方法 系统机和单片机之间的并行通讯、图像处理和特征 根据斯蒂芬一波尔兹曼辐射定律( 彤= 一r 4 ) ，绝 提取、人体建模、数据采集和仿真等功能模块。其应 对温度不为零且处于热平衡状态的任何物体( 景物) 用软件界面及最终所得特征数据如图3 所示。 均会向外
7、辐射电磁波。通常，人体温度3 5 ( 3 0 8 K ) ， 辐射波长x m 在9 舭m 附近。利用8 p m 1 舭m 波段 辐射敏感的红外探测器，可实现“红外光电转换”。通 过扫描机构带动红外测温仪对人体进行分段扫描， 其中每段扫描的具体起始位置是根据对c c D 相机 所测人体的着装图像进行一定的分析和处理后由计 算机自动调整而成的。测温仪所测人体与背景在某 一瞬时视点的电信号经过放大、A D 转换等一系列 的变换，最终得到人体与背景在某一特征领域的温 度分布情况，即在此领域的人体裸尺寸。测量原理如 图2 所示。 瞬 圈2 人体红外扫描原理图 围3 测量系统软件界面 1 3 控制和数据采
8、集卡的硬件构成及其功能 控制与数据采集卡主要功能是对扫描机构中步 进电机进行数字控制、对红外测温仪进行数据采集 与处理，从而实现扫描机构对人体的自动测量。其主 要功能与指标大致如下：与系统机的并行通讯；三轴 联动的开环系统；数据采集与处理系统；整个测量系 统软件界面设计。 1 4 面向单片机的中断模块型系统软件 本系统的控制程序设计包括单片机应用系统软 件设计、单片机和系统机之问并行通讯程序设汁 等。1 ) 系统软件的程序设计。本系统中采用r 顺序程 序设计方法，系统软件主要由主程序和中断处理子 田4 原始图像及分辨率为2 1 、岔的边缘图像 2 人体图像边缘检测及人体建模 2 1 适合于人体
9、图像边缘检测的小波算法 图像最基本的特征是边缘，提取图像边缘特征 是计算机视觉中重要而困难的一个问题。在信号的 时频局部化分析中，小波变换能较好地解决时间和 频率分辨率的矛盾。它巧妙地利用了非均匀分布的 分辩率，在低频段用高的频率分辨率和低的时间分 辩率，而在高的频率段则利用低的频率分辨率和高 的时间分辨率。因此小波变换是检测人体图像中突 变信号强有力的工具，能很好地刻划突变点的奇异 性，使用小波利用奇异性检测的方法可以区分所测 人体图像边缘，消除噪声，较之传统的方法，小波变 换检测可以通过多分辨率分析来分析信号，以获得 最满意的效果。如果选取平滑函数作为基本小波，那 么某一尺度下的小波函数与
10、信号作用后，信号中的 跃变点就成为结果函数中曲率较大的光滑点；如选 取平滑函数的一阶导数作为基本小波，则该点成为 结果函数中的极值点；如选其二阶导数作为基本小 波，则该点成为结果函数中的零交叉点。 利用本边缘检测算法在计算机上对某一人体图 像进行了模拟实验。其中小波变换尺度分别取2 1 ， 2 2 。利用小波系数局部极大值所检测到的各尺度边 缘图像如图4 中( b ) 、( c ) 所示。B 样条函数是L 2 空间 的多尺度生产元，我们的算法可以对图像进行多尺 度的边缘检测，在此基础上，可以作多种视觉处理和 模式识别应用。 2 2 数据处理与灰色建模 得到所测人体的线性尺寸，如胸宽、胸厚、腰宽
11、 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 和腰厚等后。根据分析与实验，利用多元线性回归来 到具体的机械和控制设计、图像处理、人体曲线拟合 拟合人体胸围；采用超椭圆拟合的方法来求人体的 和人体体型建模、三维服装人体建模等方面进行r 腰围和臀围；其次，应用灰色建模理论，建立人体细 比较详细的研究和探讨。提出了基于c c D 与红外传 部规格与基本特征部位之间的灰色模型关系，从而 感技术相结合的三维人体尺寸自动测量理论，并据 可以通过基本部位来求得人体服装结构化
12、设计中所 此提出了系统的总体设计方案；设计了能够对人体 需要的其它尺寸。 正、侧面进行自动扫描的机械装置和系统的控制部 当得到如身高、颈围、胸围、腰围、臀围等基本尺 分硬件，并编制了相应的低层系统软件及应用软件； 寸后，经过主成分分析，确定身高、胸围、腰围为人体 在理论上延拓了基于小波变换的图像边缘检测算 体型的主要特征部位。通过灰色系统建模来求取其 法，可以较清晰地分辨出人体图像轮廓特征；在人体 它围度尺寸( 即人体的体型) 。得到灰色模型微分方 特征点处围度尺寸的求取方面，提出了采用二元线 程为： 性回归的方法来拟合人体的胸围，用超椭圆来拟合 Z ( ) = z ：( 1 ) 一专( 6
13、五1 ( ) + 6 捌( f ) ) e 1 “1 ， + ( 6 。z ( f ) + 6 ：引( I ) ) 其中( 1 ) 为所求围度尺寸的累加和，而n ，6 。， b ：由相应的灰色模型所求得的系数；z l ，z 分别为相 应的身高和胸围累加和。 以上述身高和三个围度尺寸为依据，最终根据 灰色模型求得的其它相关几何数据如图4 所示，其 测量精度完全满足服装结构化设计中所需要的要 求。 2 3 三维服装人体模型的建模 三维服装人体模型的建模是一个复杂形体的几 何造型、参数化设计和运动仿真的综合问题。本文所 提出与研究的三维服装人体模型重建理论，是一种 由人体二维图像进行三维信息逆变换和
14、对红外传感 器扫描所测数据进行三维映射相结合来重建三维人 体裸尺寸模型的新型理论。 我们所提出的服装人体建模方法主要包括服装 人体模型的几何特征定义、基于三维人体尺寸自动 测量系统所测特征点的服装人体模型曲面造型、基 于以上特征点的服装人体模型参数化设计、服装人 体模型的运动姿态仿真等模块。 3结论 从二维人体尺寸自动测量系统的总体方案设计 人体的腰围和臀围尺寸。同时，根据所测的几个精确 特征尺寸采用灰色系统理论建立了人体体型模型； 根据服装人体模型的具体特点，提出了由人体二维 图像进行三维信息逆变换和对红外传感器扫描所测 数据进行三维映射相结合来重建三维人体裸尺寸模 型的新型理论。 1 张文
15、斌等 社1 9 9 3 ：7 2 夏德深等 1 9 昕：1 2 参考文献 服装工艺学结构设计分册北京：纺织工业出版 现代图像处理技术与应用南京：东南大学出版社 3 张毅刚等肼岱一5 l 单片机应用设计哈尔演：哈尔滨工业出版 社1 9 卯：1 2 4 程正必小波分析算法与应用西安：西安交通大学出版社， 1 9 9 8 ：5 5 景行G M ( 1 ，1 ) 的严格微分拟台法及应用系统工程，1 9 9 3 ( 6 ) 3 1 3 6 6 刘思峰等，葳色系统理论及其应用北京：科学出版社，1 9 9 9 ：l o 7K 蛐aM o 1 1 日k a e tdH u m 跚h d m n l 鲥n |
16、lS 口酗S B o r 鲫d A c t I 皿I W 日1 9 9 8 8P h 叫iAC 陀邮I I gR e 山n l cT h r 睇一D i m e s i 帅d h l f n 姐S h 印8 c h 帅c t 哪妇C 姗p u l 叮G e r 岫i F i h C 叫掣时A n i 瑚n o n 9 l m 斌l b e 瑁：s p 呻gV e da g ，1 9 9 l ：8 9 9 9 9S d l p F nd A I - 丑l 硼叮一B 略f ! dM o d 出l l g 心山eH L l 哪M 啪一 c l l I a 姐e( 却t 盯G 嘞i 岱刮i “学A 帅u dc m 正啪ts 廿恼 1 9 卵：1 6 3 】7 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark