本發(fā)明涉及服裝定制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于切面點(diǎn)云的領(lǐng)圍測量方法。

背景技術(shù)：

在服裝制衣領(lǐng)域，目前人體測量方法主要分為手工式和非接觸式，手工式是指利用皮尺等丈量工具，按照一定的丈量規(guī)則對人體的各部分參數(shù)進(jìn)行測量，這是使用比較廣泛的一種方法，該方法操作簡單，工具簡易，但測量時間長，效率低下，并且測量雙方會有身體接觸的尷尬。非接觸式測量是指利用光學(xué)掃描，攝像機(jī)成像的方法來獲得被測量人體的數(shù)據(jù)，具有速度快，自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但測量設(shè)備造價高，目前使用并未普及。主要有莫爾條紋法、激光測量法、白光相位法、紅外線測量法和立體攝像測量法。

現(xiàn)在人體尺寸和形體測量中的挑戰(zhàn)性問題是三維人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，尤其人體特征界標(biāo)的確定、體型分析與比較等技術(shù)。關(guān)于人體特征界標(biāo)的找取算法，最早出現(xiàn)的是1998年由Clemson大學(xué)的Roy P.Parges提出了半自動提取人體特征點(diǎn)的算法，掃描前手動標(biāo)出特征點(diǎn),然后再自動提取這些突出點(diǎn)；之后，提出了改進(jìn)的半自動提取算法，利用彩色CCD采取RGB信息，人體特征點(diǎn)可利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的彩色信息得到，該算法準(zhǔn)確度高重復(fù)性差，但不適合大型測量，可作為校驗(yàn)用；2000年Buxton提出利用人體輪廓的幾何信息，如進(jìn)行人體表面和曲線擬合等算法后再根據(jù)人體體型進(jìn)行找取特征點(diǎn)，國內(nèi)也于2005年也是根據(jù)曲線擬合找取人體特征點(diǎn)，但該算法復(fù)雜、費(fèi)時；Allen,Curless于2003年提出了模板映射方法，該算法實(shí)用性差，需要有復(fù)雜的三維人體數(shù)據(jù)庫。相比較而言，國內(nèi)對人體特征點(diǎn)找取算法的研究較少。東華大學(xué)、中科院、重慶大學(xué)、浙江大學(xué)等因?yàn)槠渌芯啃枰獙θ梭w特征點(diǎn)的找取算法進(jìn)行了不同的研究，基本是基于三維重建后的人體模型，測得值存在較大誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有問題，本發(fā)明提供了一種基于切面點(diǎn)云的領(lǐng)圍測量方法，借助體感采集設(shè)備采集需要測量的人體三維RGB-D格式的點(diǎn)云集，利用平滑濾波、極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)、凸包計(jì)算及最小圍度搜索法，來獲得最優(yōu)領(lǐng)圍的圍度值。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于切面點(diǎn)云的領(lǐng)圍測量方法，其特征在于，包括：

步驟一、根據(jù)體感采集設(shè)備采集人體三維的RGB-D格式的點(diǎn)云集，將上半身的點(diǎn)云集投影至YOZ面，確定領(lǐng)圍的后頸點(diǎn)P和前頸點(diǎn)Q，進(jìn)而得到基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ；

步驟二、對離所述基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ有一定距離閾值的點(diǎn)云集進(jìn)行平滑濾波，去除噪聲點(diǎn)；

步驟三、利用極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法對平面濾波后的點(diǎn)云集進(jìn)行計(jì)算，得到最終領(lǐng)圍的圍度值L；

步驟四、利用區(qū)域最小L搜索法，得到最優(yōu)領(lǐng)圍的圍度值L_obj

進(jìn)一步，所述步驟一中確定領(lǐng)圍的后頸點(diǎn)P和前頸點(diǎn)Q的方法包括：

步驟Ⅰ，在YOZ平面上，搜索最大Y點(diǎn)位置Y_max、最小Y點(diǎn)位置Y_min；

步驟Ⅱ，將平面點(diǎn)云集沿Y方向分割成N個切面位置，針對每個切片點(diǎn)y_k,k∈[1,N]位置，分別搜索Z最大值和最小值，分別得到兩條曲線z_min＝f₁(y_k),k∈[1,N],z_max＝f₂(y_k),k∈[1,N]；

步驟Ⅲ、在有向夾角θ的矢量長度不小于0.05的前提下，沿著z_min曲線向下搜索，計(jì)算各點(diǎn)的所述有向夾角θ，當(dāng)所述有向夾角θ為全局極小值時，該點(diǎn)即為后頸點(diǎn)P；

步驟Ⅳ，計(jì)算z_max曲線中各點(diǎn)與z_min曲線中后頸點(diǎn)P的距離，距離最小的點(diǎn)為前頸點(diǎn)Q。

進(jìn)一步，所述步驟二中的平滑濾波的方法包括：

步驟ⅰ、計(jì)算任一空間點(diǎn)到基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ的距離閾值D，在一定距離閾值D范圍內(nèi)的切面點(diǎn)云集表示為：

R＝{r_s＝(x_s,y_s,z_s)|D≤D_thr,s∈[1,M]}，

其中M為所述切面點(diǎn)云集的個數(shù)，D_thr為點(diǎn)云至所述基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ的距離閾值；

步驟ⅱ、對于所述切面點(diǎn)云集中任一點(diǎn)r_s＝(x_s,y_s,z_s)，相鄰點(diǎn)云個數(shù)的統(tǒng)計(jì)為：

d為領(lǐng)域距離閾值；

步驟ⅲ、在相鄰點(diǎn)云集中，先計(jì)算任意兩個點(diǎn)的距離，再計(jì)算平均距離L_s，則所述平均距離L_s表示為，

$L_s=\underset{i=1}{\overset{M}{\Σ}}|r_i-r_s|\{\left(\right|r_i-r_s|\≤d)?1:0\}/N_s$

濾波后的點(diǎn)云集表示為：

R_f1＝{r_s＝(x_s,y_s,z_s),s∈[1,N_f]|N_s＞N_thr,L_s＞L_thr}，其中N_f為濾波后的點(diǎn)云個數(shù)，N_thr表示相鄰點(diǎn)云個數(shù)閾值，L_thr表示平均距離閾值。

進(jìn)一步，所述步驟三中極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)的方法包括：

Step1：先對R_f1點(diǎn)云集中的所有點(diǎn)的X坐標(biāo)值、Y坐標(biāo)值和Z坐標(biāo)值分別求和，再取平均值，得到R_f1點(diǎn)云集中心點(diǎn)r_c＝(x_c,y_c,z_c)，

$x_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{x}_s/N_f,y_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{y}_s/N_f,z_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{z}_s/N_f$

Step2：沿所述中心點(diǎn)做一圈共360個徑向分格，每個柵格為1°，計(jì)算每個所述柵格內(nèi)離所述中心點(diǎn)r_c的最遠(yuǎn)點(diǎn)、點(diǎn)總數(shù)和平均距離，則最遠(yuǎn)點(diǎn)點(diǎn)集、點(diǎn)總數(shù)函數(shù)及平均距離點(diǎn)點(diǎn)集分別表示為L_max(t)、L_n(t)和L_mean(t)，其中t∈[1,360]，則最優(yōu)切面點(diǎn)云集表示為：

L_o(t)＝L_mean(t)+coef*(L_max(t)-L_mean(t))，其中coef為加權(quán)系數(shù)，

對L_o(t)先進(jìn)行平滑濾波，再進(jìn)行凸包計(jì)算，進(jìn)而最終領(lǐng)圍的圍度值L表示為：

其中N_null為凸包點(diǎn)總數(shù)。

進(jìn)一步，所述步驟四中區(qū)域最小搜索法包括：

Step?。憾x所述的基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面為(Y_b,θ_b)，則搜索切面為(Y_b±ΔY,θ_b±Δθ)；

Stepⅱ：利用如權(quán)利要求4所述的極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法，對每個所述的搜索切面重新計(jì)算所述的最終領(lǐng)圍的圍度值，比較得到最小值即為最優(yōu)圍度值L_obj，其中，

本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：

利用計(jì)算機(jī)程序自動找取后頸點(diǎn)和前頸點(diǎn)，無需事先標(biāo)記特征點(diǎn)，利用平滑濾波和極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)，得到最終領(lǐng)圍的圍度值，再結(jié)合最小搜索法對其進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而獲得最優(yōu)圍度值，可實(shí)現(xiàn)快速精確測量，重復(fù)性好的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為頸部特征點(diǎn)提取示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施例做進(jìn)一步闡述。

圖1為本發(fā)明的流程圖，如圖所示，一種基于切面點(diǎn)云的領(lǐng)圍測量方法，包括如下步驟：

1.基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面的基本定位：

步驟Ⅰ，根據(jù)體感采集設(shè)備采集人體三維的RGB-D格式的點(diǎn)云集，將上半身的點(diǎn)云集投影至YOZ面，如圖2所示；

步驟Ⅱ，在YOZ平面上，搜索最大Y點(diǎn)位置Y_max、最小Y點(diǎn)位置Y_min；

步驟Ⅲ，將平面點(diǎn)云集沿Y方向分割成N個切面位置，針對每個切片點(diǎn)y_k,k∈[1,N]位置，分別搜索Z最大值和最小值，分別得到兩條曲線z_min＝f₁(y_k),k∈[1,N],z_max＝f₂(y_k),k∈[1,N]；

步驟Ⅳ、在有向夾角θ的矢量長度不小于0.05的前提下，沿著z_min曲線向下搜索，計(jì)算各點(diǎn)的所述有向夾角θ，當(dāng)所述有向夾角θ為全局極小值時，該點(diǎn)即為后頸點(diǎn)P；

步驟Ⅴ，計(jì)算z_max曲線中各點(diǎn)與z_min曲線中后頸點(diǎn)P的距離，距離最小的點(diǎn)為前頸點(diǎn)Q。

2.單切面領(lǐng)圍的計(jì)算

由于體感采集設(shè)備采集點(diǎn)云時存在很多噪聲，本發(fā)明采用基于統(tǒng)計(jì)分析的極坐標(biāo)圓采用法進(jìn)行圍度計(jì)算。

⑴平滑濾波：先統(tǒng)計(jì)各點(diǎn)一定領(lǐng)域內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)，如果數(shù)目大約設(shè)定數(shù)且領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)云平均距離小于設(shè)定值，則保留該點(diǎn)云，否則濾除。

假設(shè)將每個點(diǎn)云定義為q_w＝(x_w,y_w,z_w)，表示第w個空間點(diǎn)坐標(biāo)。

切面點(diǎn)云定義：

任一平面可定義為(x-q_w)·n_w＝0，n_w＝(n_x,n_y,n_z)為q_w點(diǎn)處的法線矢量，則該平面方程可表示為xn_x+yn_y+zn_z+a＝0，a＝-(x_wn_x+y_wn_y+z_wn_z)。D為點(diǎn)(x,y,z)至該平面距離：

$D=\left|\frac{{\mathrm{xn}}_x+{\mathrm{yn}}_y+{\mathrm{zn}}_z+a}{\sqrt{n_x{n}_x+n_y{n}_y+n_z{n}_z}}\right|$

步驟ⅰ、計(jì)算點(diǎn)云集中任一空間點(diǎn)到基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ的距離D，在一定距離D范圍內(nèi)的切面點(diǎn)云集表示為：

R＝{r_s＝(x_s,y_s,z_s)|D≤D_thr,s∈[1,M]}，

其中M為該切面點(diǎn)云集的個數(shù)，D_thr為點(diǎn)云至該平面投影距離閾值；

步驟ⅱ、對于所述切面點(diǎn)云集中任一點(diǎn)r_s＝(x_s,y_s,z_s)，一定領(lǐng)域范圍內(nèi)的相鄰點(diǎn)云個數(shù)的統(tǒng)計(jì)為：

d為領(lǐng)域距離閾值；

步驟ⅲ、利用如下方程式，計(jì)算平均距離L_s，

$L_s=\underset{i=1}{\overset{M}{\Σ}}|r_i-r_s|\{\left(\right|r_i-r_s|\≤d)?1:0\}/N_s$

則濾波后的點(diǎn)云集表示為：

R_f1＝{r_s＝(x_s,y_s,z_s),s∈[1,N_f]|N_s＞N_thr,L_s＞L_thr}，其中N_f為濾波后的點(diǎn)云個數(shù)，N_thr表示相鄰點(diǎn)云個數(shù)閾值，L_thr表示平均距離閾值。

⑵極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)的方法如下：

Step1：利用以下方程式，計(jì)算R_f1的中心點(diǎn)r_c＝(x_c,y_c,z_c)，

$x_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{x}_s/N_f,y_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{y}_s/N_f,z_c=\underset{s=1}{\overset{N_f}{\Σ}}{z}_s/N_f$

Step2：沿所述中心點(diǎn)做一圈共360個徑向分格，每個柵格為1°，計(jì)算每個所述柵格內(nèi)離所述中心點(diǎn)r_c的最遠(yuǎn)點(diǎn)、點(diǎn)總數(shù)和平均距離，則最遠(yuǎn)點(diǎn)點(diǎn)集、點(diǎn)總數(shù)函數(shù)及平均距離點(diǎn)點(diǎn)集分別表示為L_max(t)、L_n(t)和L_mean(t)，其中t∈[1,360]，則最優(yōu)切面點(diǎn)云集表示為：

Lo(t)＝L_mean(t)+coef*(L_max(t)-L_mean(t))，其中coef為加權(quán)系數(shù)，0≤coef≤1，優(yōu)選coef＝0.5。

對Lo(t)先進(jìn)行一定長度的平滑濾波，得到L_of(t)，再對之進(jìn)行凸包計(jì)算，得到凸包點(diǎn)云集L_null(t):{p_j＝(x_j,y_j,z_j),j∈[1,N_null]}，N_null為凸包點(diǎn)數(shù)，作為最終圍度計(jì)算曲線。

進(jìn)而利用以下方程式，得到最終領(lǐng)圍的圍度值L。

$L=\underset{j=1}{\overset{N_{null}}{\Σ}}|p_j-p_{(j-1+N_{null}){\mathrm{\%N}}_{null}}|$

3.最優(yōu)領(lǐng)圍的定位與計(jì)算

考慮到個體差異，最優(yōu)領(lǐng)圍的計(jì)算采取領(lǐng)圍區(qū)域最小搜索法，具體方法為：

在基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ位置，進(jìn)行垂直方向±ΔY及±Δθ的切面搜索；

假設(shè)基準(zhǔn)領(lǐng)圍切面PQ的位置為(Y_b,θ_b)，則搜索切面為(Y_b±ΔY,θ_b±Δθ)，按照上文所述的極坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法重新計(jì)算每個搜索切面的圍度值，得到最小的圍度值即為最優(yōu)領(lǐng)圍值：

$L_{obj}=\underset{(Y_b+\mathrm{\Δ}Y,{\mathrm{\θ}}_b+\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ})}{min}L$

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。