● 摘要
人体尺寸测量是人体工程学中的一个重要课题，通过测量人体各部位的尺寸来研究人的形态特征，在工业设计、人体工程学、人类学研究、医学研究、装备和服装制造等领域得到广泛应用。本文设计并实现的基于图像的人体参数测量系统利用双目视觉测量原理，其关键问题包括相机标定、特征点识别和测量项的计算。基于图像的测量方法为了将二维的图像像素坐标信息转换为三维的空间物点坐标信息，需要在两者间建立起映射关系。本文采用基于径向约束的Tsai二步法，利用空间标定框上的标定点的实际三维坐标和标定框图像上的像素坐标后，求解摄像机模型的内外部参数并校正摄像机模型的径向畸变。本文在进行特征点识别时，首先将相机拍摄的图像从RBG空间转换到HSV空间，然后进行图像二值化处理、人体轮廓的提取和分割，完成人体分割。然后在人体各个轮廓上由局部极限点和人体比例信息提取特征点，再利用双目视觉原理，进行特征点对的匹配。本文着重讨论了当特征点只出现在人体正面图或侧面图上，无法自动完成点对匹配时，利用极线约束来识别特征点的办法。结合特征点对的坐标信息和摄像机标定结果，本文对人体上的测量点进行了三维重建工作，即恢复其深度信息，并利用测量点的三维坐标计算测量项尺寸。本文在测量原理的基础上，设计并实现了基于图像的人体参数测量系统。该系统将数码相机拍摄的人体在7种姿势下的14副图像作为人体图像输入，将拍摄的空间标定架的正面和侧面两幅图像作为标定图像输入，完成人体特征点的自动识别和人体尺寸的自动测量。系统还提供丰富的用户交互界面、批处理功能、基于XML格式及Excel文件格式的结果导出功能，以保证系统在处理大样本测量时的高效性和易用性。系统采用模块化和面向对象设计，具有良好的扩展性和可靠性。与传统手工测量相比，本系统能实现自动测量，缩短测量时间、提高测量精度和效率；与三维非接触测量相比，本方法测量设备简单、便携，速度更快，操作更加方便。实验验证表明，系统具有测量速度快、测量精度高的优点，已成功应用于实际人体参数测量。