一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法
【專利摘要】一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，步驟如下：步驟1：圖像獲??；步驟2：檢測A4紙四個(gè)角頂點(diǎn)坐標(biāo)，對圖像進(jìn)行幾何校正；步驟3：正面腳的目標(biāo)提取與測量；步驟4：側(cè)面腳的目標(biāo)提取與測量；本發(fā)明通過幾何校正、圖像處理技術(shù)能夠有效的獲取腳的關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)，可以滿足購鞋者選著鞋碼和鞋商制鞋時(shí)的需求，其誤差均在2毫米之內(nèi)。該方法在網(wǎng)上鞋店可以將得到的數(shù)據(jù)作為參考，為用戶提供更準(zhǔn)確的鞋碼和款式，提高網(wǎng)上購物的成功率。該數(shù)據(jù)還可用于制鞋廠商為消費(fèi)者提供專門的定制服務(wù)，即能幫助用戶選擇或定制到滿意的鞋子，又能節(jié)約商家在銷售環(huán)節(jié)因退換服務(wù)而產(chǎn)生的費(fèi)用。
【專利說明】一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，屬于圖像處理和攝影幾何測量的【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二)【背景技術(shù)】:[0002]人需要行走，鞋子舒服程度影響著生活質(zhì)量。鞋的品牌林林總總，每個(gè)品牌都會(huì)有自己獨(dú)有的鞋的內(nèi)部設(shè)計(jì)參數(shù)和流線。對于一雙號碼確定的鞋，鞋的寬度和高度、鞋底的形狀和坡度設(shè)計(jì)、以及鞋楦的參數(shù)等等，都會(huì)對腳的舒適感產(chǎn)生影響。如何根據(jù)人的腳型設(shè)計(jì)符合人的生理特點(diǎn)的鞋是一個(gè)非常專業(yè)的問題。鞋的款式眾多，卻并不是每一雙鞋都適合自己。買鞋是一件令人煩惱的事情，尤其對于腳型有些特殊的人更是如此。在網(wǎng)絡(luò)購物盛行的今天，單純依靠一個(gè)鞋碼信息很難買到舒服的鞋子。如果能夠把腳的關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)提取出來，作為商家為用戶選擇鞋碼和款式的參考數(shù)據(jù)，則無疑可以提高網(wǎng)絡(luò)購物的成功率，減少因退換商品而產(chǎn)生的費(fèi)用。
[0003]本發(fā)明采用A4紙作為參照物(標(biāo)準(zhǔn)尺寸是210毫米X 297毫米)，用戶將腳踩在一張A4紙上，采集圖像數(shù)據(jù)，提取腳目標(biāo)，并根據(jù)腳與A4紙的比例關(guān)系完成腳部關(guān)鍵數(shù)據(jù)的提取和測量。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]1、目的:本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，以適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)購物的需要。該方法可以獲取人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)，網(wǎng)上鞋店可以將得到的數(shù)據(jù)作為參考，為用戶提供更準(zhǔn)確的鞋碼和款式，提高網(wǎng)上購物的成功率。更進(jìn)一步，該數(shù)據(jù)還可用于制鞋廠商為消費(fèi)者提供專門的定制服務(wù)。因此，該發(fā)明即能幫助用戶選擇或定制到滿意的鞋子，又能節(jié)約商家在銷售環(huán)節(jié)因退換服務(wù)而產(chǎn)生的費(fèi)用。
[0005]2、技術(shù)方案:本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，該方法包括如下四個(gè)步驟:
[0007]步驟1:圖像獲取
[0008]本方案通過人腳與A4紙之間的比例關(guān)系計(jì)算腳長和腳寬，并根據(jù)腳面高度與腳的長度之間的比例關(guān)系計(jì)算腳面關(guān)鍵部位的實(shí)際高度。因此，需要拍攝兩幅圖像，一幅是腳的正面照(以下簡稱正面照)，如圖1(a)正面照圖像采集方式示意圖所示，要求腳踩在白色A4紙上，相機(jī)從腳的正上方垂直向下拍攝；另一幅是腳的側(cè)面照(以下簡稱側(cè)面照)，要求相機(jī)從腳的內(nèi)側(cè)對腳進(jìn)行側(cè)面投影，如圖1(b)側(cè)面照圖像采集方式示意圖。具體要求和操作如下:
[0009]①正面照的采集方法:將白色A4紙短邊一側(cè)貼墻放置；用戶將腳踩在A4紙上，盡量使腳的中軸線與A4紙的中軸線對齊；足跟靠墻，使得足跟位置和A4紙邊緣處對齊，腳的長度方向與A4紙的長度方向一致，且確保腳完全落在A4紙內(nèi)部；攝像頭在腳的正上方50厘米到70厘米之間、拍攝角與地面垂直進(jìn)行成像，盡量保持A4紙?jiān)趫D像中不歪斜，并確保視場內(nèi)完全包含A4紙區(qū)域。
[0010]②側(cè)面照的采集方法；側(cè)面照不需要A4紙，只需要用戶站在墻壁或一個(gè)純色擋板的前面，腳的外側(cè)靠墻或擋板；鏡頭從腳的內(nèi)側(cè)向腳的外側(cè)成像，距離側(cè)面腳的距離30厘米到50厘米，拍攝角平行于地面，并與腳面保持同樣高度；
[0011]③視場內(nèi)場景要盡量簡單:正面照要求視場內(nèi)只包含腳、A4紙和地板；側(cè)面照的背景應(yīng)該是簡單的墻壁或擋板，避免其它干擾物出現(xiàn)；同時(shí)要求用戶穿黑色或其它深色的襪子，以保證腳、A4紙和地板有足夠大的反差對比。
[0012]步驟2:檢測A4紙四個(gè)角頂點(diǎn)坐標(biāo)，對圖像進(jìn)行幾何校正
[0013]圖像在獲取或顯示的過程中往往會(huì)產(chǎn)生幾何失真。幾何失真包括平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和透視以及更為復(fù)雜的幾何失真。任意幾何失真都可由非失真坐標(biāo)系(x，y)變換到失真坐標(biāo)系(x’，y’)的方程來定義。假設(shè)f(x，y)是無失真的原始圖像，g(x’，y’)是f(x，y)的幾何失真結(jié)果，則可以得到幾何校正的基本關(guān)系式，如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟1:圖像獲取 通過人腳與A4紙之間的比例關(guān)系計(jì)算腳長和腳寬，并根據(jù)腳面高度與腳的長度之間的比例關(guān)系計(jì)算腳面關(guān)鍵部位的實(shí)際高度；因此，需要拍攝兩幅圖像，一幅是腳的正面照腳踩在白色A4紙上，相機(jī)從腳的正上方垂直向下拍攝；另一幅是腳的側(cè)面照相機(jī)從腳的內(nèi)側(cè)對腳進(jìn)行側(cè)面投影； 步驟2:檢測A4紙四個(gè)角頂點(diǎn)坐標(biāo)，對圖像進(jìn)行幾何校正 圖像在獲取及顯示的過程中往往會(huì)產(chǎn)生幾何失真，幾何失真包括平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和透視以及更為復(fù)雜的幾何失真；任意幾何失真都能由非失真坐標(biāo)系(x，y)變換到失真坐標(biāo)系Ge’，? )的方程來定義；假設(shè)f U，y)是無失真的原始圖像，g(x’，y’)是f U，y)的幾何失真結(jié)果，則得到幾何校正的基本關(guān)系式，如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，其特征在于:在步驟I中所述的需要拍攝兩幅圖像，一幅是腳的正面照，另一幅是腳的側(cè)面照，其具體要求和操作如下: ①腳的正面照的采集方法:將白色Α4紙短邊一側(cè)貼墻放置；用戶將腳踩在Α4紙上，使腳的中軸線與Α4紙的中軸線對齊；足跟靠墻，使得足跟位置和Α4紙邊緣處對齊，腳的長度方向與Α4紙的長度方向一致，且確保腳完全落在Α4紙內(nèi)部；攝像頭在腳的正上方50厘米到70厘米之間、拍攝角與地面垂直進(jìn)行成像，盡量保持Α4紙?jiān)趫D像中不歪斜，并確保視場內(nèi)完全包含Α4紙區(qū)域； ②腳的側(cè)面照的采集方法；側(cè)面照不需要Α4紙，只需要用戶站在墻壁或一個(gè)純色擋板的前面，腳的外側(cè)靠墻或擋板；鏡頭從腳的內(nèi)側(cè)向腳的外側(cè)成像，距離側(cè)面腳的距離30厘米到50厘米，拍攝角平行于地面，并與腳面保持同樣高度； ③視場內(nèi)場景要盡量簡單:正面照要求視場內(nèi)只包含腳、Α4紙和地板；側(cè)面照的背景應(yīng)該是簡單的墻壁或擋板，避免其它干擾物出現(xiàn)；同時(shí)要求用戶穿黑色或其它深色的襪子，以保證腳、Α4紙和地板有足夠大的反差對比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，其特征在于:在步驟2中所述的“通過圖像處理技術(shù)檢測幾何失真圖像中Α4紙的四個(gè)角的坐標(biāo)，然后再利用校正變換函數(shù)以及雙線性內(nèi)插法對失真圖像進(jìn)行幾何失真校正”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下: ①對腳的正面照進(jìn)行邊緣檢測:利用Sobel算子對正面照圖像進(jìn)行邊緣提取，得到圖像的梯度圖；該梯度圖中，目標(biāo)的邊緣變成了亮帶，而目標(biāo)和背景區(qū)域由于灰度變化比較平坦，因此在梯度圖中形成了暗區(qū)； ②對梯度圖像二值化:Α4紙和腳目標(biāo)所形成的邊緣在圖像中占據(jù)很小的一部分區(qū)域，設(shè)為圖像面積的0.1 ;對梯度圖進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，圖像的邊緣像素灰度值較高，將分布在直方圖靠右側(cè)的位置，而非邊緣像素則集中在直方圖靠左側(cè)的位置，從直方圖最右側(cè)向左計(jì)算直方圖的累積概率，即圖像邊緣的像素統(tǒng)計(jì)，并將累積概率為0.1所對應(yīng)的灰度值設(shè)定為閾值，小于閾值的像素置為255,大于閾值的像素置為O,從而提取出包括Α4紙和腳目標(biāo)的邊緣； ③初步檢測Α4紙的四個(gè)角頂點(diǎn)位置坐標(biāo)，對前述第②步中得到的二值圖像，在水平軸上[-5°，5° ]的范圍內(nèi)以1°為步長對圖像進(jìn)行灰度投影；由于Α4紙的左右兩個(gè)縱向邊是圖像中的強(qiáng)邊緣，它會(huì)在正確的投影方向上形成極值，而根據(jù)先驗(yàn)知識，Α4紙?zhí)幵趫D像的中間位置，從圖像中間位置向兩側(cè)，檢測灰度投影的極值，就能檢測左右兩條縱向邊以及它們的方向角；同樣做法能夠檢測出Α4紙的上下兩條橫向邊和它們的方向角；計(jì)算左右兩條縱向邊和上下兩條橫向邊之間的交叉點(diǎn)，即得到Α4紙四個(gè)角頂點(diǎn)位置的粗略坐標(biāo)； ④精確檢測Α4紙的四個(gè)角頂點(diǎn)位置坐標(biāo):以第③步中得到的Α4紙四個(gè)角頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為中心，在原灰度圖上相應(yīng)位置截取四個(gè)140Χ 140大小的子圖，將四個(gè)子圖中邊緣所占圖像面積的比率設(shè)置為0.15，重復(fù)上面的第①至③步，即得到Α4紙的四個(gè)角頂點(diǎn)位置的精確坐標(biāo)；⑤對圖像進(jìn)行幾何校正:A4紙實(shí)際四個(gè)角頂點(diǎn)的相對坐標(biāo)已知，利用上述的校正變換函數(shù)和雙線性內(nèi)插法對失真圖像進(jìn)行幾何校正； ⑥截取A4紙子圖，去掉無用背景:圖像校正后，A4紙所在的區(qū)域就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的矩形，矩形的長寬比就是A4紙的長寬比；從圖像中截取該矩形，去掉背景，則截取下來的這個(gè)子圖內(nèi)部就是我們要檢測的腳目標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，其特征在于:在步驟3中所述的“足尖位置的檢測”，其具體過程為: ①截取A4紙子圖像上半部分子區(qū)，利用Sobel算子進(jìn)行邊緣檢測；根據(jù)先驗(yàn)知識，腳目標(biāo)在這個(gè)子區(qū)中形成的邊緣約占子區(qū)面積的0.06，本方案用0.06的面積比例進(jìn)行閾值選擇，對子區(qū)進(jìn)行二值化； ②二值圖像中有散落的噪聲點(diǎn)，采用形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算對二值圖進(jìn)行濾波，運(yùn)算模板的大小為5X5
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像的人腳關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)提取與測量方法，其特征在于:在步驟4中所述的“檢測足跟和足尖”，其具體過程如下: ①采用水平方向的梯度模板對圖像進(jìn)行邊緣檢測，突出足尖和足跟處的縱向邊緣，所采用模板如下:
【文檔編號】G06T7/60GK103646408SQ201310731335
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】謝鳳英, 李陽, 潘琛, 孫婉瑩 申請人:北京航空航天大學(xué)