專利名稱：根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，具有全自動進行、快速 高效、使用簡單、成本低廉等特點，可以量腳定楦，也可以用于腳型測量、腳型重建、鞋楦設 計、鞋及楦定制等領域。
背景技術：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，可以生成與腳型形狀 相吻合的三維數(shù)字化鞋楦，可以量腳定楦，也可以用于腳型測量、腳型重建、鞋楦設計、鞋及 楦定制等領域。鞋楦是根據(jù)大量腳型統(tǒng)計結(jié)果制作的標準化制鞋工具，是根據(jù)腳型和制鞋要求加 工而成的制鞋模具，其實就是標準化的腳型。這種標準化的鞋楦，抹去了腳型中的個性因 素，強調(diào)腳型中的共性形狀，有利于大批量的生產(chǎn)，但對有個性特點的腳型不利，會強迫客 戶適應與自己腳型并不一致的鞋腔。并且，過去的鞋楦并不是根據(jù)腳型分布規(guī)律設計的，而 是由有經(jīng)驗的制楦師傅手工制作母楦，再在仿形機床上加工出來的。由于母楦是手工制作， 偏重于經(jīng)驗，缺乏統(tǒng)計規(guī)律的支持，與腳型不吻合不足為奇。提高鞋的舒適度，保證鞋靴合 腳的關鍵技術，是量腳定楦。這對從事特定職業(yè)的人員，尤其是運動員、舞蹈演員、軍人等， 對量腳定楦的需求更加迫切。但是在人足到鞋楦的環(huán)節(jié)上，一直缺乏有效的技術手段。傳統(tǒng)的手工測量方法，使 用布基鞋用帶尺、游標卡尺、踩印盒、卷尺等工具進行測量腳型的關鍵部位，然后人工記錄， 速度較慢、精度低，而且不能直接得到三維模型。比較現(xiàn)代的方法，如接觸式三坐標測量的 威力手設備，或者使用激光逐點測距生成三維點云的三坐標測量儀，或者采用三角測量原 理投影激光束逐切面掃描生成三維點云的激光測量，都得到由大量的點云表示的腳型。由 于點的數(shù)量太多，僅可以測量腳型的關鍵參數(shù)，如果要定制鞋楦還需要大量的手工處理，無 法直接從腳型得到鞋楦。潘云鶴院士改進了這種方法(鞋楦造型個性化設計方法，申請?zhí)?01130405. 7)，先利用三維掃描儀獲取人腳的三維數(shù)據(jù)并建模，然后將其與標準鞋楦模型進 行比較，并對標準鞋楦進行調(diào)整，以生成符合特定顧客腳型的特定鞋楦模型。但是這種方 法所用的標準鞋楦，是按要求選擇、與目標腳型形狀近似的鞋楦，在調(diào)整過程中需要手工調(diào) 節(jié)，沒有充分利用鞋楦數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計屬性。而且，無論是接觸式掃描，還是激光掃描，由于采 用了掃描的方式，因此速度慢，并且無法掃描到腳型的首尾，在腳型的首尾部分精度很低。 而且激光方式易受物件表面光學性質(zhì)和環(huán)境光、雜射光影響。采用對腳型成像，從多幅圖像計算數(shù)字化鞋楦的方法，相比以前的方法，具有速度 快、成本低、靈活簡便等特點。本發(fā)明所涉及的方法，不同于專利CN200510061271.9(面向稀 疏網(wǎng)格的基于曲面細分的三維腳型數(shù)據(jù)測量方法)，也不同于專利CN200710068032. 5 (綜 合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法)。這兩個專利中的初 始模型都來自于與目標腳型近似的一個模型，然后對初始模型進行變形。本發(fā)明的方法，類 似于用僅有少量點撐起的彈性襪子套到目標腳型上。如果襪子與目標對象不一致，有些點
3在腳型表面以外，而有些點在腳型表面以內(nèi)，那么把在外面的點向里面移動，而里面的點向 外面移動。同時，由于襪子的支撐點是鞋楦的統(tǒng)計模型，受到鞋楦統(tǒng)計參數(shù)的約束，必須仍 然保持鞋楦的形狀，因此每次這些移動不能只移動在外面的點或者在里面的點，而必須全 部點一起移動。這些點相互牽制，不能一次移動就與目標對象一致，但是每次移動后，無論 是外面還是里面的點，都更接近于目標對象。經(jīng)過多次這樣的移動，襪子必然與腳型一致， 兩者在各視的投影一致，此時得到與腳型一致的襪子。本發(fā)明的最大特點在于，充分利用了 鞋楦的統(tǒng)計屬性。這種用統(tǒng)計變形模型擬合目標腳型的方法，去除了腳型的細節(jié)特征的影響，只考 慮主要形狀特征，充分利用了鞋楦是標準化的腳型的特點，用鞋楦的統(tǒng)計屬性捕捉腳型間 的大致外形輪廓，簡單實用。用這種方法進行腳型測量、量腳定楦，無疑成為客戶小批量定 制生產(chǎn)的技術關鍵，將提高鞋靴的設計水平，把人足、楦、鞋的設計和生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)貫通，保 證數(shù)字化的數(shù)據(jù)暢通無礙，對提升整個制鞋產(chǎn)業(yè)質(zhì)量無疑有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以從腳型直接生成數(shù)字化鞋楦，解決了量腳定楦的難題，也同時解決傳 統(tǒng)鞋楦設計修改困難、變動范圍受限制及設計效率低等的問題，可以用于腳型測量、鞋及楦 定制、鞋楦設計等領域。本發(fā)明首先通過鞋楦樣本計算鞋楦的統(tǒng)計變形模型，然后由多視 圖像驅(qū)動統(tǒng)計變形模型變形來擬合腳型圖像，最后得到鞋楦模型，具體包括有以下10個步 驟1、選擇鞋楦樣本，構(gòu)成鞋楦樣本集；2、設計標記點，在每只鞋楦樣本上確定標記點的位置，然后用三坐標掃描儀把標 記點的位置掃描到計算機，作為樣本的點分布模型；3、把鞋楦樣本集中各樣本的點分布模型對齊，保證整個樣本集上各樣本間的距離 最小化；4、生成鞋楦的統(tǒng)計變形模型，將鞋楦的形狀分解成共性和個性兩部分，而個性是 個性因子與個性向量的乘積；5、獲取目標腳型的多幅圖像，同時標定各相機的參數(shù)；6、把腳型的多幅圖像分割為二值圖像，即把腳型和背景分割開來，腳型為黑色，背 景為白色，然后求取腳型在各圖像平面中的重心，并由此計算腳型在空間中的重心；7、根據(jù)腳型的圖像估計腳型的大?。?、根據(jù)腳型的圖像估計腳型的方位；9、根據(jù)腳型的多幅圖像，改變鞋楦的統(tǒng)計變形模型中的個性向量，直到模型在各 圖像中的投影和腳型的真實圖像最相吻合，得到與腳型一致的數(shù)字化鞋楦模型；10、輸出根據(jù)腳型圖像定制的數(shù)字化鞋楦模型。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、從圖像定制鞋楦，只需要相機及計算機等硬件，成本低廉；2、量腳定楦的整個過程自動完成，減輕了鞋楦設計的難度；3、在量腳定楦時，只需要對腳型從多個角度同時成像，然后用軟件把統(tǒng)計變形模 型擬合到腳型圖像，腳型成像的速度快，避免了掃描方式中由于時間長腳型會發(fā)生抖動位移變形等無法解決的困難；4、選取的鞋楦標記點數(shù)量很少，處理起來速度快。在過去鞋楦設計中，通常修改從 掃描方式得到的大量點云。因為掃描得到的點數(shù)量太多，局部信息太過豐富，需要先由點生 成面，并且在局部會有起伏，因此由掃描的大量點云生成光滑表面十分困難，使得鞋楦設計 時修改困難、變動范圍受限制、設計效率低；5、用統(tǒng)計變形模型擬合圖像，使得最終的模型即與目標腳型一致，又保持鞋楦的 形狀，使得本方法簡單直接；6、在改變統(tǒng)計變形模型中的個性向量時，將模型點分為內(nèi)點、外點，由內(nèi)外點驅(qū)動 所有模型點移動，并且保證所有點的移動受鞋楦的統(tǒng)計規(guī)律約束，整個方法十分簡潔直觀。本發(fā)明增加了鞋楦設計的靈活性，將成為鞋襪定制服務的關鍵技術。


圖1為本發(fā)明計算流程；
圖2是鞋楦設計的兩個關鍵視圖，底樣圖和側(cè)立面圖3為鞋楦的標記點、經(jīng)線、緯線在右側(cè)面上位置示意圖4為鞋楦的標記點、經(jīng)線、緯線在底面上位置示意圖5為鞋楦的標記點、經(jīng)線、緯線在左側(cè)面上位置示意圖6為鞋楦的58個標記點空間位置示意圖7是在鞋楦上用白色細膠帶粘貼經(jīng)線、緯線的示意圖8是鞋楦樣本集的點分布模型對齊算法流程；
圖9為成像環(huán)境；
圖10為起相機標定、擱置腳型、同時方便測量腳型大小方位等作用的玻璃模板；
圖11為相機1所成視圖像；
圖12為相機2所成視圖像；
圖13為相機3所成視圖像；
圖14為相機4所成視圖像；
圖15為相機5所成視圖像；
圖16為相機6所成視圖像；
圖17為相機7所成視圖像；
圖18為相機8所成視圖像；
圖19為8幅視圖像先進行二值化，然后計算前景的重心，再由此計算腳型在空間中的重心的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的技術解決方案如圖1所示，包括如下步驟1、選擇鞋楦樣本集。鞋楦樣本集的選擇對步驟4所生成的統(tǒng)計變形模型有著重要 影響，也因此影響最后生成的數(shù)字化鞋楦模型。不同的樣本集，將得到不同的統(tǒng)計變形模 型。鞋楦樣本集如果側(cè)重某類型的鞋楦，那么統(tǒng)計變形模型表達此類鞋楦將更準確，而無法 其它類型的鞋楦將表達得粗糙一些。如果樣本集全集中在某類型特別的鞋楦上，得到統(tǒng)計變形模型將可能無法表達其它類型的鞋楦。因此，要從定制某種類型鞋楦，就要選擇相應類 型的鞋楦樣本。本實施例中總共掃描了 121只不同的尖頭皮鞋鞋楦，其中小童、中童、大童、 成年女性、成年男性各個碼段的樣本數(shù)量配置如表1所示，數(shù)量配置是根據(jù)鞋楦分檔和人 口分布統(tǒng)計規(guī)律兩方面因素得出的。表1鞋楦樣本的組成 2、設計標記點，并在每只鞋楦樣本上確定標記點的位置，然后把標記點的位置掃 描到計算機，作為樣本的點分布模型。具體包括以下4個步驟2. 1)鞋楦標記點的設定方法。如圖2是鞋楦設計的兩個關鍵視圖，底樣圖和側(cè)立 面圖。在過去鞋楦設計時首先確定這兩個圖中的關鍵點，然后得到底樣圖和側(cè)立面圖中的 輪廓，再由此生成三維的鞋楦。同樣，本發(fā)明選擇由這些關鍵點所衍生的點作為標記點。標 記點共58個點，其編號及每個標記點的位置如圖3、圖4、圖5、如圖6、圖7所示。確定標記 點時，首先手工設定鞋楦腳尖點或平頭鞋楦平頭部分腳底上的中點為標記點1，過標記點1 用細的帶狀物手工設置至少五條相對分開且能反映鞋楦特征的緯線，然后在鞋楦上用細的 帶狀物手工設置有至少七條相對分開且能反映鞋楦特征的經(jīng)線，設定經(jīng)線與緯線的交點， 取能反映鞋楦形狀特點的交點為標記點。作為一種優(yōu)選方案，所述緯線為五條，所述細的帶 狀物為白色細膠帶；第一緯線設定鞋楦統(tǒng)口前點為標記點6，鞋楦統(tǒng)口后點為標記點9，先 拉伸白色細膠帶成直線再過標記點1、標記點6和標記點9粘帖到在鞋楦上成封閉線圈；第 二緯線將鞋楦擺正，自上向下觀察鞋楦，用白色細膠帶粘帖鞋楦上的最大輪廓構(gòu)成封閉線 圈；第三緯線設定第一緯線與楦底面交點為標記點11，白色細膠帶先拉伸成直線，過標記 點1和標記點11粘帖白色細膠帶到楦面上構(gòu)成封閉線圈；第四緯線過標記點1和標記點 9粘帖白色細膠帶，構(gòu)成最短的封閉線圈；第五緯線在第一緯線上取楦后跟最突出點為標 記點10，膠帶先拉伸成直線過標記點10和標記點1粘帖白色細膠帶到楦面上為第五緯線， 所述第五緯線取鞋楦后跟部分。5條緯線位置的確定如圖3、圖4、圖5所示。作為一種優(yōu) 選方案，所述經(jīng)線為八條，取點1和點11的線段長度為1，以標記點11為起點，分別在長度 0. 15,0. 25,0. 37,0. 42,0. 58,0. 61,0. 67,0. 72,0. 83,0. 92 的位置取標記點，記為 H、H3、G、 G3、F、J、E、D、C、B，其中H點為標記點12，H3為標記點13，G3為標記點14，J為標記點15，B 為標記點17 ；第七經(jīng)線過H點粘帖在楦底上垂直于第一緯線且在楦面上與第二緯線垂直 的封閉線圈；第六經(jīng)線過H3點粘帖垂直于第一緯線、過標記點6且在楦面上構(gòu)成圍長最 小的封閉線圈；第五經(jīng)線過G粘帖與第一緯線垂直的直線，所述直線與第二緯線在楦底面 外側(cè)的交點作為G1，即標記點24，過標記點24、標記點14和標記點6在楦面上粘帖構(gòu)成圍 長最小的封閉線圈；第四經(jīng)線過標記點24、標記點14和楦背上最凹的點粘帖白色細膠帶 為第四經(jīng)線，第四經(jīng)線是經(jīng)過標記點24、標記點14圍長最小的封閉線圈；第三經(jīng)線過F作 垂直于第一緯線的直線，所述直線與第二緯線在楦底面外側(cè)的交點作為F1，即標記點23， 過E作垂直于第一緯線的直線，此直線與第二緯線在楦底面內(nèi)側(cè)的交點為E1，即標記點30， 過標記點23、標記點15和標記點30在楦面上粘帖構(gòu)成圍長最小的封閉線圈就是第三經(jīng)線； 第二經(jīng)線過D作垂直于第一緯線的直線，此直線與第二緯線在楦底面外側(cè)的交點為D1，即標記點22，過C作垂直于第一緯線的直線，此直線與第二緯線在楦底面內(nèi)側(cè)的交點為Cl，即 標記點31，過標記點22、標記點31在楦面上粘帖構(gòu)成圍長最小的封閉線圈；第一經(jīng)線過B 點粘帖垂直于第一緯線的白色細膠帶，構(gòu)成圍長最小的封閉線圈；第八經(jīng)線過標記點11、 標記點6在楦面上粘帖構(gòu)成圍長最小的封閉線圈。8條經(jīng)線位置的確定如圖3、圖4、圖5所
7J\ ο如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，采用上述的設定方法后，在鞋楦上設定了 58個 點。其中，點1-點17(第一緯線)是側(cè)樣圖的關鍵點，點1和點21-點32(第二緯線)是底 樣圖的關鍵點。點1、點11和點41-點51構(gòu)成第三緯線，以及點1、點9和點60-點75構(gòu) 成第四緯線，點80、點10和點81構(gòu)成第五緯線。第一緯線_5共5條緯線。而點17、點21、 點41、點75、點2、點60、點51、點32 (第一經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點22、點16、點31、點50、點 61、點3、點74、點42 (第二經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點23、點15、點30、點49、點62、點4、點73 和點43(第三經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點24、點14、點29、點48、點63、點5、點72和點44(第四 經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點24、點14、點29、點47、點64、點6、點71 (第五經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點 25、點13、點28、點46、點65、點6、點70和點45 (第六經(jīng)線)構(gòu)成的截面，點26、點12、點 27、點80、點67、點68和點81 (第七經(jīng)線)，點6、點66、點80、點11、點81和點69 (第八經(jīng) 線)構(gòu)成的截面，共8個截面構(gòu)成鞋楦曲面的經(jīng)線，8條經(jīng)線位置的確定如圖6、圖7所示， 這些經(jīng)線都是腳型測量中國家標準規(guī)定測量位置。表2底樣圖中關鍵點的位置 在側(cè)立面圖上，Jl點為起點，04點為終點，J104長度為1，分別在位置0、0. 05、 0. 11,0. 18,0. 22,0. 30,0. 40,0. 56,0. 94、1上設置點，其中，Jl為底樣圖中J的對應點。表3側(cè)立面中關鍵點的位置 8條經(jīng)線和5條緯線的交點就是標記點，如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。2.2)標記點提取方法。為了保證同名標記點在不同的鞋楦上對應位置，在掃描之 前，先在鞋楦上用白色細膠帶標記經(jīng)緯線，如圖7所示。因為經(jīng)緯線是有意選擇的標記點確 定的線，比較容易確定位置，因此經(jīng)緯線的交點位置也得能得保證。2. 3)然后采用接觸式的三坐標掃描儀Immersion MicroScribe MX將標記點掃描 到計算機。2. 4) 一個鞋楦樣本掃描得到的一個點分布模型，121只鞋楦樣本掃描得到的121 個點分布模型。3.各樣本的點分布模型對齊到同一坐標系下，然后用ICP算法把各個點分布模型 的同名點對齊，得到鞋楦樣本集的對齊點分布模型，流程如圖8所示，具體包括有以下6個 步驟3. 1)求各個點分布模型的平均模型S，平均模型S是把所有點分布模型的同名點 坐標求平均后得到的新點分布模型，計算式如下
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S =式中，Si表示各鞋楦樣本的點分布模型。3.2)各 點分布模型Si對齊到平均模型S時經(jīng)過縮放λ、平移T、旋轉(zhuǎn)R等運算，平 移矢量T的三個坐標分量分別為Tx、Ty、Tz，旋轉(zhuǎn)R對應的與三個坐標的夾角為α、β、γ。總對齊運算量C定義為C=忐糾+H)總對齊運算量C清零。3. 3)選擇某一鞋楦樣本的點分布模型Si,將此點分布模型經(jīng)縮放λ、平移Τ、旋轉(zhuǎn) R等運算對齊到平均模型。如果點分布模型Si與平均模型距離最小，即點分布模型Si中各 標記點與平均模型中各標記點之間距離的累加和最小，執(zhí)行下一步；否則繼續(xù)縮放、平移、 旋轉(zhuǎn)。點分布模型Si與平均模型的距離D定義如下 式中，W是單位對角陣。將此樣本點分布模型對齊到平均模型的縮放λ、平移Τ、旋轉(zhuǎn)R的運算量加入總對 齊運算量Co3.4)判斷每一點分布模型都已經(jīng)處理完畢，若是執(zhí)行下一步；若否，繼續(xù)執(zhí)行本 環(huán)節(jié)的步驟3. 3)；3. 5)對齊后的點分布模型集更加整齊，然后再求新的平均模型。新平均模型比上 一次的平均模型更加準確，更能代表整個樣本集的共性。如此迭代，直到所有模型都已對 齊，對齊運算量不再增加，平均模型也不再變化。收斂條件為總對齊運算量C在迭代中不再 變化，即本次對齊的運算量與上次對齊的運算量相比，變化幅度AC接近于0，即 3. 6)輸出對應點模型。本實施例沒有一次性對齊各樣本點模型，而是迭代對齊，以兩個模型上所有點的 同名點間距離之和累加作為兩個模型的距離，以各個樣本的點模型到平均鞋楦的對齊移動 量收斂為對齊操作的結(jié)束條件，包括比例λ、旋轉(zhuǎn)R和平移T不再變化，這種對齊能讓每個 標記點的分布盡量反映真實情況。4.采用主成份分析方法生成鞋楦的統(tǒng)計變形模型，將鞋楦的形狀分解成共性和個 性兩部分，而個性是個性因子與個性向量的乘積。主成份分析方法是一種信息提取方法，將原來相關的多個變量重新組合成一組相 互獨立的少數(shù)幾個綜合指標，并且反映原多個變量的主要信息。這些少數(shù)獨立的綜合指標 就稱為主形狀因子。主成分分析計算步驟如下首先把每個點分布模型表示成58個標記點P1, PfP58 的列向量Si = (P1, Pf.P58}T而每個標記點Pi表示成1X3的行向量。設d(Si)表示點分布模型Si與平均模型 S的偏差(Ksi) = Si-S
所有點分布模型的偏差一起構(gòu)成偏差矩陣 則協(xié)方差矩陣C ^可以表示為 求解協(xié)方差矩陣Cs的特征值和單位特征向量，并按特征值從大到小地排序，設排 序后的特征值和單位特征向量分別為CsUi = λ PffliUi i = 1，2...，Apcm 彡 λ pcA(i+1)式中，U1, UfU174依次是單位特征向量，也是鞋楦的個性因子，λ pcA1，Xpffl2…Xpcai74 表示了相應鞋楦個性因子占總個性形狀的權重，即個性因子對總形狀的影響大小。由于d(Si)是零均值的，因此小的特征值意味著對總形狀的影響很少，可以忽略不 計，因此用排序在前、權重大的N個主形狀因子就可以準確地描述原來所有主形狀因子所 描述的形狀信息，去除了重復冗余的信息，并且失去的信息不多。這正是主成分分析方法進 行數(shù)據(jù)壓縮和信號降維的依據(jù)。在本實施例中，選擇14個排序在前、權重大的個性因子，排 列成行向量U= [U1U^U14L由此表達的鞋楦形狀占據(jù)了原形狀的96%，因此可以用U表 達鞋楦。鞋楦的統(tǒng)計變形模型，表達為Si=S+ UxJ^d = S + Ui χ bt其中，S是平均模型，代表鞋楦的共性部分；U是主形狀因子，代表鞋楦的個性形 狀；b3D是個性因子向量，b3D= Lb1 lv-b14]。對這些個性因子按個性因子向量b3D進行線性 組合，就得到具體鞋楦；不同的b3D值，對應不同的鞋楦形狀。b3D只能在一定范圍內(nèi)變化，可 以認為，超出此范圍的模型就不再是鞋楦。b3D的范圍，可以稱為鞋楦空間，具體數(shù)值由鞋楦 空間樣本集的統(tǒng)計結(jié)果確定，設為Dmax。5、先對環(huán)境中有刻度的透明模板成像，據(jù)此圖像標定各相機的參數(shù)，然后腳型放 置在模板上，獲取8幅視圖像。所述成像環(huán)境如圖9所示，包括具有載重功能的相機支撐框 架1、腳型標定模板2、8個相機3、計算機。所述腳型標定模板為透明的有機玻璃板，所述 腳型標定模板2上具有多行多列且相隔一定間距的格子線，所述腳型標定模板2中心設置 有中心標識，所述腳型標定模板2通過支架設置在相機支撐框架1中。所述腳型標定模板 2是一塊高度透明的有機玻璃板，用直徑Icm的平頭銑刀在有機玻璃板上刻標識，單面有如 圖10所示、共16 X 16條的縱橫線，線間距3cm，中心標識為“0”字與“十”的疊加體，以腳型 標定模板2為原點，縱橫線中的橫線為X軸，縱橫線的縱線為Y軸。獲取的腳型8幅視圖像 如圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18所示。6、把腳型的多幅圖像分割為二值圖像，即把腳型和背景分割開來，腳型為黑色，背 景為白色，如圖19所示，然后求取腳型在各平面圖像中的重心。根據(jù)交比不變性，腳型的中 心投影到各視，仍然是各視的中心。根據(jù)各視圖像的腳型平面重心，估計在空間中的腳型重 心。7、因為腳型輕踩在模板上，模板上刻寫有如圖所示的圖案。因此，從下向上看的視 圖中，將可以清晰地反映腳型的大小，如圖15、圖16、圖17所示。根據(jù)鞋楦設計規(guī)律，腳型的 長度取為腳底長度的1. 067倍，將此長度賦給初始模型，即步驟4中生成的統(tǒng)計變形模型。8、根據(jù)腳型的多幅圖像估計腳型的方位。因為只對腳踝骨以下的部分感興趣，小腿與玻璃平板的其余兩個夾角對腳型沒有影響，僅需計算玻璃平板上的旋轉(zhuǎn)角度。從圖11、 圖12、圖13、圖14、圖18可以看出這點。因此，從下向上看的視圖，如圖15、圖16、圖17所 示，可以清晰地反映腳型的方位。因為有后繼的迭代變形方法，因此重心和方位不需要精確 估計。重心和方位的偏差在模型的變形能力范圍內(nèi)，經(jīng)過多次迭代后會被移到準確位置。9、改變鞋楦的統(tǒng)計變形模型中的個性向量，得到與腳型一致的數(shù)字化鞋楦模型， 具體包括以下5個步驟9. 1)根據(jù)步驟5計算得到的各相機參數(shù)，把平均模型的模型點向各視圖像投影。 把投影區(qū)域的外輪廓線連接起來，在輪廓上的點稱為投影邊緣點，相應的空間點稱為邊緣 投影點。邊緣投影點分為內(nèi)點和外點，在真實腳型之內(nèi)的點是為內(nèi)點，否則就是外點；9. 2)區(qū)分內(nèi)點和外點。把所有的邊緣投影點設置為內(nèi)點；如果此點在一個或者一 個以上視圖像上的投影處于真實腳型的平面區(qū)域之外，那么此點為外點，如果此點所有視 圖像上的投影都在真實腳型的平面區(qū)域之內(nèi)，那么此點為內(nèi)點。9. 3)計算每個邊緣投影點與真實腳型的距離。對每個邊緣投影點Pi,在其投影為 投影邊緣點的視圖像Vj上，選取與投影邊緣點Pij距離最近的真實腳型平面圖像上的平面 點P，構(gòu)造由投影邊緣點Pu作為起點，目標平面點P作為終點的矢量，將此矢量作為邊緣投 影點的變形矢量。9. 4)因為模型必須保持鞋楦的形狀，因此邊緣投影點移動后得到的新模型Si’必 須滿足鞋楦的統(tǒng)計變形模型s' i = S+UXb3D即b3D = U-1 X (s ‘ 「S)因為b3D只能在統(tǒng)計得到的范圍內(nèi)變化。如果由Si'計算的b3D超出了范圍Dmax，那 么模型將不再是鞋楦的形狀。因此，要把b3D移入許可范圍，即求取與此b3D最接近、并且在 范圍內(nèi)mb3D’。新的個性向量b3D’中各分量b/由原分量、按下式計算
"^max由新的個性因子b3D’所確定的新鞋楦模型為s〃 i = S+UXb' 3d9.5)重復本環(huán)節(jié)的步驟9. 1)、9.2)、9.3)、9.4)，每一輪迭代中先區(qū)分內(nèi)點和外 點，計算移動量，然后用形狀約束移動量，最后計算新的形狀，逐次把初始估計模型貼合到 真實腳型上去。重復計算的結(jié)束條件為，新一輪迭代計算所得個性因子相比上次的個性因 子的變化量Ab311，接近于0，即Δ b3D — 010、輸出根據(jù)腳型圖像定制的數(shù)字化鞋楦模型。
權利要求
一種根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其特征在于，方法的步驟如下1)選擇鞋楦樣本，構(gòu)成鞋楦樣本集；2)設計標記點，在每只鞋楦樣本上確定標記點的位置，然后用三坐標掃描儀把標記點的位置掃描到計算機，作為樣本的點分布模型；3)把鞋楦樣本集中各樣本的點分布模型對齊，保證整個樣本集上各樣本間的距離最小化；4)生成鞋楦的統(tǒng)計變形模型，將鞋楦的形狀分解成共性和個性兩部分，而個性是個性因子與個性向量的乘積；5)獲取目標腳型的多幅圖像，同時標定各相機的參數(shù)；6)把腳型的多幅圖像分割為二值圖像，即把腳型和背景分割開來，腳型為黑色，背景為白色，然后求取腳型在各圖像平面中的重心，并由此計算腳型在空間中的重心；7)根據(jù)腳型的圖像估計腳型的大?。?)根據(jù)腳型的圖像估計腳型的方位；9)根據(jù)腳型的多幅圖像，改變鞋楦的統(tǒng)計變形模型中的個性向量，直到模型在各圖像中的投影和腳型的真實圖像最相吻合，得到與腳型一致的數(shù)字化鞋楦模型；10)輸出根據(jù)腳型圖像定制的數(shù)字化鞋楦模型。
2.根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其特征在于，所 設計的擱置腳型的玻璃板有縱橫線的刻度，方便計算腳型的大小和方位。
3.根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其特征在于，先 計算腳型的重心、大小、方位，再估計形狀的計算順序。
4.根據(jù)權利要求1和權利要求2所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其 特征在于，先計算腳型的重心、大小、方位，再估計形狀的計算順序。
5.根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其特征在于，用 鞋楦的統(tǒng)計變形模型來迭代擬合腳型的多幅圖像，使得最終的模型即與目標腳型一致，又 同時保持鞋楦的樣式。
6.根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其特征在于，把 統(tǒng)計變形模型來上的邊緣投影點區(qū)分為內(nèi)點和外點，然后在鞋楦統(tǒng)計規(guī)律的約束下移動全 部模型點逼近目標腳型。
7.根據(jù)權利要求1和權利要求5所述的根據(jù)腳型多幅圖像定制數(shù)字化鞋楦的方法，其 特征在于，根據(jù)鞋楦樣本集計算鞋楦統(tǒng)計變形時，同時確定了鞋楦個性向量的許可范圍，由 此許可范圍約束邊緣投影點和不是邊緣投影點的模型點向目標腳型逼近時的移動量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從腳型直接生成數(shù)字化鞋楦的方法，解決了量腳定楦的難題。方法的步驟如下1)選擇鞋楦樣本，構(gòu)成鞋楦樣本集；2)設計標記點，在每只鞋楦樣本上確定標記點，然后用掃描儀獲取標記點的位置，得到樣本的點分布模型；3)對齊各樣本的點分布模型；4)生成鞋楦的統(tǒng)計變形模型；5)先標定各相機的參數(shù)，再獲取目標腳型的多幅圖像；6)計算腳型的重心；7)估計腳型的大小；8)估計腳型的方位；9)根據(jù)腳型的多幅圖像，改變鞋楦的統(tǒng)計變形模型中的個性向量，直到模型在各圖像中的投影和腳型的真實圖像最吻合；10)輸出數(shù)字化的三維鞋楦模型。本發(fā)明具有全自動進行、快速高效、使用簡單、成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號G06F17/50GK101887477SQ20101021366
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者羅勝 申請人:溫州大學;羅勝