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基于三维重构的人体尺寸测量研究
作 者: 胡智
导 师: 李德骏
学 校: 武汉纺织大学
专 业: 物理电子学
关键词: 人体测量 三维重构 结构光 系统标定
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
人体尺寸测量是指按照人体尺寸定义,通过一定技术手段获得人体外部特征数据的方法,包括对人体各部位的直线、弧线、角度等数据的测量。它在医学、人口健康研究、工业设计、人体仿真、服装工程等领域具有重要意义。三维重构是指通过分析一幅或多幅图像的灰度信息,结合某些先验知识获得物体三维表面形状的技术,它是随着计算机技术、光电技术、机器视觉等学科的发展而发展起来的,已有数十年历史,经历了由接触式到非接触式,由手工到电脑全自动化的变化。目前人体尺寸测量方法有手工测量和自动化测量,自动化测量主要有摄影法,三维重构法等。其中三维重构法首先重建出人体三维模型,再在此三维模型上测量人体尺寸,要比手工测量方法更加全面、方便、快捷,提供的数字化信息更容易保存、分析和研究,同时该技术还有很大的发展空间。人体三维模型的获取方法主要包括激光扫描法、立体成像法、计算机断层摄影和结构光技术。其中基于结构光的三维重构方法是根据三角测量原理,利用投影仪向人体投射编码的结构光条纹图案,然后解码重构出人体三维点云数据,并根据人体特征设计提取算法,从而在三维点云数据上实现对人体尺寸的测量,该方法精度高,成本低,对测量环境和待测物体材质限制较少。本文的研究内容包括以下几个方面:(1)在分析三维重构技术的原理和数学模型基础上,研究了世界坐标系与图像坐标系之间的变换公式,阐述了基于格雷码结构光三维重构的编解码方法,并对三维重构系统的参数进行分析,实现了人体模特的三维重构;(2)对系统标定方法进行研究,实现了基于径向排列约束标定的摄像机标定方法,并根据光路可逆原理,对投影仪进行了标定;(3)根据人体特征和肢体划分定义,设计了人体尺寸提取算法,并在人体三维点云数据上实现对人体基本尺寸(如身高、胸围、腰围以及臀围)的测量。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-9 1 绪论 9-18 1.1 引言 9-10 1.2 人体尺寸测量研究的意义 10-12 1.3 人体尺寸测量技术发展状况 12-16 1.3.1 人体测量系统现状 12-13 1.3.2 三维重构技术概况 13-16 1.4 本文的主要研究内容和章节安排 16-17 1.5 本章小结 17-18 2 三维重构原理及数学模型 18-27 2.1 三维重构系统的原理与系统构成 18-21 2.1.1 摄像机 19 2.1.2 投影仪 19-20 2.1.3 计算机 20-21 2.2 三维重构数学模型 21-24 2.3 格雷码结构光的编解码 24-26 2.4 系统参数分析 26 2.5 本章小结 26-27 3 摄像机标定技术 27-39 3.1 成像数学模型 27-31 3.1.1 成像数学模型的概念 27-30 3.1.2 图像点与空间点的非线性关系分析 30-31 3.2 常用摄像机标定方法 31-34 3.3 基于径向排列约束的两步法 34-38 3.3.1 径向排列约束 34-35 3.3.2 两步法标定过程 35-38 3.4 本章小结 38-39 4 投影仪标定技术 39-45 4.1 投影仪标定的原理 39-41 4.1.1 投影仪线性模型 39 4.1.2 投影仪畸变模型 39-41 4.2 投影仪标定方法和分析 41-42 4.3 相移法标定投影仪 42-44 4.4 本章小结 44-45 5 人体尺寸参数提取 45-56 5.1 人体肢体的划分 45-49 5.1.1 人体特征点识别 45-47 5.1.2 人体肢体划分 47-49 5.2 人体尺寸的提取 49-54 5.2.1 身高 50-51 5.2.2 胸围和BP点 51-52 5.2.3 腰围 52-53 5.2.4 臀围 53-54 5.2.5 肩宽 54 5.2.6 大腿根围 54 5.3 本章小结 54-56 6 实验结果 56-64 6.1 摄像机和投影仪标定 56-59 6.1.1 标定板制作 56-57 6.1.2 摄像机标定 57-59 6.2 人体三维重构 59-60 6.3 人体尺寸提取 60-62 6.4 系统误差来源分析及改进建议 62 6.5 本章小结 62-64 7 总结与展望 64-65 7.1 总结 64 7.2 展望 64-65 致谢 65-66 参考文献 66-69 附录 69
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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