本發(fā)明涉及部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取裝置和方法及其應用方法。

背景技術：

隨著網絡購物的發(fā)展，網上購買衣服等也已經成為一種潮流，但是由于無法向實體店那樣試穿，網購的衣服經常發(fā)生不合身的現(xiàn)象。

織物變形模擬與仿真已經發(fā)展比較成熟，如北京服裝學院發(fā)表于2012年12月的碩士研究生學位論文《虛擬試衣系統(tǒng)的研究》，作者楊建東，導師商書元，在具備準確的人體和衣物的3d輪廓前提下可以對衣物的穿戴效果進行模擬。

但是現(xiàn)有技術對人體輪廓的獲取存在短板，通常采用對若干張照片進行數(shù)據(jù)分析并配合身高等參數(shù)，獲取人體輪廓數(shù)據(jù)。存在的問題是，人體輪廓是曲面，對照片進行分析只能準確獲取人體輪廓的邊界，需要足夠多的照片，因此以這種方法獲取的人體輪廓存在相當?shù)恼`差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有虛擬試衣技術中人體輪廓獲取方法的技術偏見解決虛擬試衣技術中的技術難題，提供一種基于測距技術的人體輪廓的獲取裝置及方法，實現(xiàn)對人體輪廓的精確測量，并應用該技術實現(xiàn)虛擬試衣，本發(fā)明的進一步目的是提供一種低成本便于推廣的人體輪廓獲取方法，推動虛擬試衣技術的普及。

部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取裝置，其組成要點在于，包括一種與身體緊密貼合的移動被定位點、測量定位裝置、控制電路以及數(shù)據(jù)處理與存儲裝置，所述待獲取輪廓數(shù)據(jù)的身體覆蓋吸收測距波的材料，所述移動被定位點包括測距波的反射單元，所述測量定位裝置包括1個發(fā)射單元和3個以上固定位置的測距波接收單元，控制電路包括發(fā)射單元的發(fā)射電路和接收單元對應的接收電路，移動被定位點在若干選定位置停留，停留期間，發(fā)射單元發(fā)射測距波，被移動被定位點的反射單元反射后，每個接收單元分別接收，通過測距波的發(fā)射和接收實現(xiàn)測距，并將測距數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理與存儲裝置傳送，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置分別處理每個停留位置的測距數(shù)據(jù)并解算出對應的坐標值并存儲。

這樣，就能通過移動被定位點和測量定位裝置之間的測距值，以接收單元的位置確立虛擬坐標系，定位移動被定位點的停留位置逐個獲取每個停留位置在虛擬坐標系中的坐標值，從而獲得了比較精確人體輪廓的數(shù)據(jù)。

所述測距波是超聲波、可聽聲波、次聲波中的一種。

所述測距波是無線電波、微波、紅外線、可見光中的一種。

所述移動被定位點與人體輪廓接觸的殼體外表面為球面或球面的一部分，反射單元反射測距波的中心與球面的圓心重合。

這樣，以采集到的若干被定位點作為圓心，移動被定位點球面半徑為半徑的球面集合，其包絡內切曲面就是被測人體的輪廓，采用這種技術手段，有效的解決了傳感器的發(fā)射中心與人體輪廓的接觸面不重合的技術問題，提高了輪廓獲取的精度。

所述移動被定位點包括測距波的反射單元、殼體，所述殼體外部是球面，殼體內部設置底座，球面中心和反射單元的反射中心到底座的距離相等，反射單元安裝在底座上。

所述反射單元是一種拋物面。

這樣，就能從結構上保證球面中心與反射單元的反射中心重合。

所述移動被定位點包括測距波的反射單元、殼體、手柄和按鈕，反射單元安裝在殼體內的底座上，底座與手柄機械連接，按鈕安裝在手柄上，反射單元以及按鈕與數(shù)據(jù)處理與存儲裝置控制連接。

這樣，就能在移動被定位點的停留位置，以方式按按鈕的發(fā)送測距指令，實現(xiàn)測距及定位。

所述測量定位裝置的接收單元中至少有3個接收單元呈直角三角形分布。

所述測量定位裝置的接收單元中至少有3個接收單元呈等腰直角三角形分布。

這樣，就能以呈等腰三角形分布的直角頂點接收單元傳感器的接收中心為原點，以經過另外2個接收單元傳感器的接收中心的直線分別作為x軸和y軸，以經過原點垂直于x軸和y軸組成的坐標平面的直線作為z軸，從而建立直角坐標系。

所述發(fā)射電路包括方波發(fā)生器模塊、電荷泵模塊或功率放大模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、濾波器模塊、比較器模塊。

這樣，發(fā)射電路驅動發(fā)射單元時，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的定時器開始計時；接收單元將收到的測距波經放大電路放大并經過濾波器濾波后，輸入電壓比較器，得到整形后的電壓信號，定時器捕獲到信號的上升沿或下降沿后停止計時，獲得超聲波從發(fā)射單元到達接收單元的時間，從而實現(xiàn)渡越時間法測距。

所述發(fā)射電路包括方波發(fā)生器模塊、調制器模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、自動增益模塊、帶通濾波器模塊、檢相器模塊。

這樣，發(fā)射電路的方波經低頻信號調制后驅動發(fā)射單元，接收單元接收到的信號經放大、濾波后經檢相器檢相，獲得信號的相位差，就可以通過相位檢測法實現(xiàn)測距，當然也可以和渡越時間法測距相結合以提高渡越時間法測距精度。

所述發(fā)射電路包括主振、調制器模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、帶通濾波模塊、本振、混頻器模塊、低通濾波模塊、整形電路模塊、檢相器模塊。

這樣，發(fā)射電路經主振調制后驅動發(fā)射單元，接收單元信號經放大器模塊、濾波模塊后與本振混頻再經低通濾波后得到頻率較低的差頻信號，再經整形電路后檢相得到相位差，完成相位檢測法實現(xiàn)對電磁波的測距的過程。

所述發(fā)射電路包括方波發(fā)生器模塊、電荷泵模塊或功率放大模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、濾波器模塊、峰值檢測模塊以及模數(shù)轉換模塊。

這樣，就能接收單元將收到的測距波經放大電路放大并經過濾波器濾波后，獲得接收信號的峰值，再轉換成數(shù)字量與設定值比較，從而能根據(jù)接收信號的強弱計算發(fā)射單元到接收單元距離，通過幅值檢測法實現(xiàn)測距。

所述數(shù)據(jù)處理與存儲裝置是單片機（mcu）、現(xiàn)場可編程門陣列（fpga)、復雜可編程邏輯器件(cpld)中的一種或其組合。

所述數(shù)據(jù)處理與存儲裝置包括上位機和下位機，下位機是單片機（mcu）、現(xiàn)場可編程門陣列（fpga)、復雜可編程邏輯器件(cpld)中的一種或其組合，上位機為帶有網絡連接的pc、服務器或者移動終端。

所述上位機和下位機通過usb接口或串口連接。

所述上位機和下位機分別有電源，上位機和下位機通過無線通訊模塊連接。

這樣，通下位機和上位機的組合實現(xiàn)對測距數(shù)據(jù)進行處理，解算出相對虛擬坐標系移動被定位點的坐標并存儲。

部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取的方法，其步驟在于，

1.提供一種與身體緊密貼合的移動被定位點、測量定位裝置、控制電路以及數(shù)據(jù)處理與存儲裝置，所述待獲取輪廓數(shù)據(jù)的身體覆蓋吸收測距波的材料，所述移動被定位點包括測距波的反射單元，所述測量定位裝置包括1個發(fā)射單元和3個以上固定位置的測距波接收單元，控制電路包括發(fā)射單元的發(fā)射電路和接收單元對應的接收電路，

2.移動被定位點在若干選定位置停留，并按下按鈕，

3.發(fā)射單元發(fā)射測距波，被反射單元反射后，每個接收單元分別接收，通過測距波的發(fā)射和接收實現(xiàn)測距，

4.將測距數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理與存儲裝置傳送，

5.數(shù)據(jù)處理與存儲裝置分別處理移動被定位點每個停留位置的測距數(shù)據(jù)并解算出對應的坐標值并存儲，

6.重復步驟2-5直至獲得所有選定位置坐標，

7.將所有移動被定位點的停留位置坐標擬合成曲面，即獲得相應的人體輪廓。

為應用上述裝置和方法進行虛擬試衣還包括下列設備：

1.包括帶有和所述數(shù)據(jù)處理與存儲裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接的虛擬試衣服務器，所述虛擬試衣服務器存儲不同規(guī)格的衣服或褲子或帽子或鞋子或首飾或眼鏡的3維模型。

2.顯示和選擇終端。

所述顯示和選擇終端是個人電腦、服務器或移動終端。

在數(shù)據(jù)處理與存儲裝置包括上位機和下位機時，上位機可以作為顯示和選擇終端。

所述移動終端包括手機、pda、平板電腦。

所述顯示和選擇終端和虛擬試衣服務器通過萬維網連接。

所述顯示和選擇終端和數(shù)據(jù)處理與存儲裝置通過usb連接或通過串口連接或通過萬維網連接。

部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取裝置及方法的應用，其步驟在于，

1.提供一種與身體緊密貼合的移動被定位點、測量定位裝置、控制電路以及數(shù)據(jù)處理與存儲裝置，所述待獲取輪廓數(shù)據(jù)的身體覆蓋吸收測距波的材料，所述移動被定位點包括測距波的反射單元，所述測量定位裝置包括1個反射單元和3個以上固定位置的測距波接收單元，控制電路包括發(fā)射單元的發(fā)射電路和接收單元對應的接收電路，還包括虛擬試衣服務以及顯示和選擇終端，所述虛擬試衣服務器存儲不同規(guī)格的穿戴物的3維模型，所述顯示和選擇終端與虛擬試衣服務器通訊連接，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置和顯示和選擇終端通訊連接，

2.移動被定位點在若干選定位置停留，并按下按鈕，

3.發(fā)射單元發(fā)射測距波，被反射單元反射后，每個接收單元分別接收，通過測距波的發(fā)射和接收實現(xiàn)測距，

4.將測距數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理與存儲裝置傳送，

5.數(shù)據(jù)處理與存儲裝置分別處理每個停留位置的測距數(shù)據(jù)并解算出對應的坐標值并存儲，

6.重復步驟2-5直至獲得所有選定位置坐標，

7.將所有移動被定位點的停留位置坐標擬合成曲面，即獲得相應的人體輪廓，

8.將得到的人體輪廓和存儲在虛擬試衣服務器中的與這部分輪廓對應的系列規(guī)格穿戴物3維模型相比較，選出大于等于人體輪廓的規(guī)格，并在顯示和選擇終端顯示，供選擇，

9.根據(jù)顯示和選擇終端選擇的規(guī)格與人體輪廓進行三維織物仿真，

10.重復步驟8和9，直至找到最合適規(guī)格。

這樣，就能通過獲取的人體輪廓對穿戴物的穿戴效果進行仿真，實現(xiàn)虛擬試衣，在公知常識中穿戴物所述穿戴物包括衣服或褲子或帽子或鞋子或首飾或眼鏡。

本發(fā)明通過移動被定位點的反射單元與測量定位裝置的1個發(fā)射單元和3個以上固定位置之間通過接收反射的測距波的方式分別實現(xiàn)測距，解算出移動被定位點的虛擬坐標，以此獲取部分或整體人體的輪廓數(shù)據(jù)，克服了虛擬試衣人體輪廓只能以照片方式獲取的技術偏見，解決了虛擬試衣過程中人體輪廓無法準確獲取的難題，結合現(xiàn)有的織物仿真技術，真正的實現(xiàn)虛擬試衣，而且本發(fā)明的技術方案具有成本低的特點便于推廣普及。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用超聲波作為測距波采用渡越時間法的實施例方框圖。

圖2為本發(fā)明采用超聲波作為測距波采用相位檢測法的實施例方框圖。

圖3為本發(fā)明采用紅外線作為測距波采用相位檢測法的實施例方框圖。

圖4為本發(fā)明采用超聲波作為測距波采用幅值檢測法的實施例方框圖。

圖5為移動被定位點的剖面圖。

圖6為實現(xiàn)圖1的發(fā)射電路的具體電路圖。

圖7為實現(xiàn)圖1的接收射電路的具體電路圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取裝置，其組成要點在于，包括一種與身體緊密貼合的移動被定位點、測量定位裝置、控制電路以及數(shù)據(jù)處理與存儲裝置，所述待獲取輪廓數(shù)據(jù)的身體覆蓋吸收測距波的材料，移動被定位點包括超聲波的反射單元，測量定位裝置包括1個發(fā)射單元和3個固定位置的超聲波接收單元，3個接收單元呈等腰直角三角形分布，控制電路包括發(fā)射單元的發(fā)射電路或接收單元對應的接收電路。移動被定位點在若干選定位置停留，停留期間，發(fā)射單元發(fā)射超聲波，被反射單元反射后，每個接收單元分別接收，通過超聲波的發(fā)射和接收實現(xiàn)測距，并將測距數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理與存儲裝置傳送，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置分別處理每個停留位置的測距數(shù)據(jù)并解算出對應的坐標值并存儲。

所述數(shù)據(jù)處理與存儲裝置包括上位機和下位機，下位機，帶有內置定時器，可以選擇單片機（mcu）、現(xiàn)場可編程門陣列（fpga)、復雜可編程邏輯器件(cpld)中的一種或其組合，上位機為提供帶有網絡連接的pc、服務器或者移動終端。上位機和下位機通過usb接口或串口連接。當然也可以選擇運算能力強內存容量大的單片機（mcu）、現(xiàn)場可編程門陣列（fpga)、復雜可編程邏輯器件(cpld)中的一種或其組合直接作為數(shù)據(jù)處理與存儲裝置。

在本實施例選擇stm32f103rbt6單片機作為下位機，個人電腦作為上位機，組成數(shù)據(jù)處理與存儲裝置。

所述發(fā)射電路依次連接方波發(fā)生器模塊、電荷泵模塊或功率放大模塊，如圖6是超聲波的發(fā)射電路以及發(fā)射單元的具體電路舉例，其工作原理是利用stm32的gpio從r5輸入高電平三極管導通為max232供電，同時采用stm32高級定時器輸出2路40khz、占空比為50%的互補pwm信號，分別輸入至max232的t1in和t2in，利用max232的電荷泵提升電壓驅動t40-16超聲波發(fā)射單元激勵出40khz的超聲波。

所述每個接收單元對應的接收電路依次連接2級放大器模塊、濾波器模塊、比較器模塊，圖7是超聲波的接收電路以及接收單元的具體電路舉例，其工作原理是接收單元r40-16接收到超聲波信號將在引腳兩端產生很小的電壓信號，經tl074實現(xiàn)的2級放大器模塊、帶通濾波器模塊、比較器模塊后，并最終傳輸至stm32的gpio，由stm32的定時器捕獲信號的上升沿獲得超聲波從發(fā)射單元到達接收單元的時間。

為校正溫度變化造成的聲速變化，采用db1820測溫電路檢測溫度，修正聲速，獲得相對準確的聲速。

這樣，發(fā)射電路驅動發(fā)射單元時，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的定時器開始計時；接收單元將收到的超聲波經放大和濾波后，輸入電壓比較器，得到整形后的電壓信號，由數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的定時器捕獲信號的上升沿或下降沿后停止計時，獲得超聲波從發(fā)射單元到達接收單元的時間，從而實現(xiàn)渡越時間法測距。

以接收單元的位置確立虛擬坐標系，根據(jù)移動被定位點和測量定位裝置之間的測距值，可以解算出移動被定位點的每個停留位置在虛擬坐標系中的坐標值。具體如下：

以呈等腰三角形分布的直角頂點接收單元傳感器的接收中心為原點，以經過另外2個接收單元傳感器的接收中心的直線分別作為x軸和y軸，以經過原點垂直于x軸和y軸組成的坐標平面的直線作為z軸，從而建立直角坐標系，則接收單元坐標分別是（0,0,0）(a,0,0)(0,a,0),設移動定位點為（x，y，z）,測距值為r1、r2、r3則有下列方程組

x²+y²+z²=r1²

（x-a）²+y²+z²=r2²

x²+（y-a）²+z²=r3²

解方程即得移動定位點坐標。

如圖5，所述移動被定位點包括超聲波的反射單元2、殼體1、手柄4和按鈕5，所述殼體外部是球面，殼體內部設置底座3，球面中心與發(fā)射單元的發(fā)射中心到底座3的距離相等，反射單元2用螺釘安裝的底座3上，底座3與手柄4機械連接，按鈕5安裝在手柄4上，反射單元2以及按鈕4與數(shù)據(jù)處理與存儲裝置控制連接。優(yōu)選的反射單元2是一種拋物面，其反射中心就是拋物面的焦點。

這樣，從結構上保證球面中心與反射單元的發(fā)射中心重合。在移動被定位點的停留位置，以按按鈕的方式發(fā)送測距指令，實現(xiàn)測距及定位。以采集到的若干被定位點作為圓心，移動被定位點球面半徑為半徑的球面集合，其包絡內切曲面就是被測人體的輪廓，采用這種技術手段，有效的解決了傳感器的發(fā)射中心與人體輪廓的接觸面不重合的技術問題，提高了輪廓獲取的精度。

上述部分或整體人體輪廓數(shù)據(jù)的獲取裝置，其工作步驟如下，

1.移動被定位點在若干選定位置停留，并按按鈕

2.發(fā)射單元發(fā)射超聲波，反射單元反射后，每個接收單元分別接收，通過超聲波的發(fā)射和接收實現(xiàn)測距，

3.將測距數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理與存儲裝置傳送，

4.數(shù)據(jù)處理與存儲裝置分別處理移動被定位點每個停留位置的測距數(shù)據(jù)并解算出對應的坐標值并存儲，

5.重復步驟2-5直至獲得所有選定位置坐標，

6.將所有移動被定位點的停留位置坐標擬合成曲面，即獲得相應的人體輪廓，

或者在移動被定位點殼體半徑比較大的情況下，以所有移動被定位點的停留位置為圓心，解算出以移動被定位點球面半徑為半徑的球面的包絡內切曲面就是精確的被測人體輪廓。

在此基礎上將其應用于展示衣服或鞋或帽或飾品或眼鏡穿戴效果，其步驟如下，

1．另外提供虛擬試衣服務以及顯示和選擇終端，所述虛擬試衣服務器存儲不同規(guī)格的衣服或褲子或帽子或鞋子或首飾或眼鏡的3維模型，利用數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的上位機為顯示和選擇終端，該上位機與虛擬試衣服務器通訊連接，數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的上位機和下位機通過usb通訊，

2.將得到的人體輪廓和存儲在虛擬試衣服務器中的與這部分輪廓對應的系列規(guī)格穿戴物3維模型相比較，選出大于等于人體輪廓的規(guī)格，并在顯示和選擇終端顯示，供選擇，

3.根據(jù)顯示和選擇終端選擇的規(guī)格與人體輪廓進行三維織物仿真根，

4.重復步驟2和3，直至找到最合適規(guī)格。

在本實施例中使用優(yōu)選的40khz超聲波，如果使用不同的發(fā)射單元和接收單元并配以不同的電路也能實現(xiàn)利用其他頻率聲波的測距。

實施例2

如圖2，所述發(fā)射電路包括方波發(fā)生器模塊、調制器模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、自動增益模塊、帶通濾波器模塊、檢相器模塊以及用作檢相參考信號的正弦波。檢相器模塊模塊是一種模擬的檢相器，方波發(fā)生器產生40khz方波，經調制器模塊產生頻率為200hz的正弦波調制，驅動t40-16超聲波發(fā)射單元激勵出40khz的超聲波。檢相參考信號的正弦波與調制器模塊的調制波的相位以及頻率相同。

這樣，發(fā)射電路的方波經低頻信號調制后驅動發(fā)射單元，接收單元接收到的信號經放大、濾波得到200hz信號與后經檢相器與檢相檢相參考信號比較，獲得信號的相位差，就可以通過相位檢測法實現(xiàn)測距。

200hz聲波的波長在1.7m左右，現(xiàn)有技術中檢相器很容易達到1/1000甚至更高的檢相精度，測距精度達到1.7mm以上，因此能滿足獲取人體輪廓的要求。

本實施例未述部分和實施例1相同。

實施例3

本實施例選擇紅外線作為測距波，發(fā)射單元為紅外線發(fā)射裝置，接收單元為紅外線接收裝置，主振頻率選擇15mhz,本振頻率為主振的0.99倍，選擇所述發(fā)射電路包括主振、調制器模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、帶通濾波模塊、本振、混頻器模塊、低通濾波模塊、整形電路模塊、檢相器模塊。

這樣，發(fā)射電路經主振調制后驅動發(fā)射單元，接收單元信號經放大器模塊、濾波模塊后與本振混頻再經低通濾波后得到150khz的差頻信號，同時與調制后的信號與本振混頻經過低通濾波也得到150khz的差頻信號，再經分別經整形電路后經檢相電路得到相位差，完成相位檢測法實現(xiàn)對電磁波的測距的過程，在計算距離是對電路的延時做相應的修正后可以得到準確的測距值。

所述數(shù)據(jù)處理與存儲裝置的上位機為帶有otg功能的手機，下位機選擇stm32f103rbt6單片機，上位機通過usb接口和下位機通訊并提供下位機的電源。

本實施例未述部分和實施例1相同。

在本實施例中使用優(yōu)選的紅外線，如果使用不同的發(fā)射單元和接收單元并配以不同的電路也能實現(xiàn)利用聲波、無線電波、微波、可見光作為測距波的相位法測距。

實施例4

本實施例超聲波作為測距波，發(fā)射單元為超聲波發(fā)射裝置，接收單元為超聲波接收裝置，所述發(fā)射電路包括方波發(fā)生器模塊、電荷泵模塊或功率放大模塊，所述每個接收單元對應的接收電路包括放大器模塊、濾波器模塊、峰值檢測模塊以及模數(shù)轉換模塊。

這樣，就能接收單元將收到的超聲波經放大電路放大并經過濾波器濾波后，獲得接收信號的峰值，再轉換成數(shù)字量與設定值比較，從而能根據(jù)接收信號的強弱計算發(fā)射單元到接收單元距離，通過幅值檢測法實現(xiàn)測距。

本實施例未述部分和實施例1相同。

在本實施例中使用優(yōu)選的超聲波作為測距波，如果使用不同的發(fā)射單元和接收單元并配以不同的電路也能實現(xiàn)利用其他聲波、無線電波、微波、紅外線、可見光作為測距。