基于双目视觉的人体参数获取方法的研究

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随着汽车保有量的增加,道路交通事故的频繁发生已成为全球性的重大经济和社会问题。如何提高驾驶安全性成为了人们关注的问题,各种各样的主动安全设备随之产生,汽车人机工程学应用日益广泛,驾驶室室内设计也成为热门。而研究驾驶室室内设计的基础就是建立人体模型,因此为了提高人体测量的精度和速度,快速的建立设计所需要的人体模型,需研发一种快速的非接触式的人体尺寸测量系统,能根据需要快速测量出人体尺寸,从而建立设计所需的人体模型,为汽车及其部件设计奠定基础,使汽车更好地满足使用要求。本文提出基于双目视觉的人体参数获取方法,利用两个摄像机获取人体的正侧面图像信息;使用张正友标定法获取两个摄像机内部参数和位置关系;运用图像处理的各种算法对图像进行处理得到人体轮廓线,然后根据人体尺寸线的位置信息获得各个特征点的感兴趣区域,在感兴趣区域中寻找准确的特征点;利用三维重建得到人体身高,运用参照法计算其他二维尺寸值,并以此为基础得到围度尺寸值。主要研究内容如下所示:1、双目立体视觉平台搭建和摄像机标定。图像采集是获取人体尺寸的前提,摄像机的标定是三维重建人体特征点的基础。首先,搭建图像采集平台进行图像的采集。然后,选择平面棋盘格为标定参照物,使用左右相机拍摄各个角度的棋盘格图像六张,以张正友标定法为基础,完成左右相机的标定。2、图像的预处理及人体轮廓线提取。人体轮廓线是获取人体特征点的基础。首先,选用Sobel算子提出人体大致轮廓,然后运用高斯平滑法进行图像的平滑处理,再利用迭代阈值法分割图像,运用图像腐蚀处理去除图像中的杂点,最后利用轮廓提取算法得到正侧面图像的人体轮廓线。3、人体正侧面特征点的提取。获取有效的人体特征点是进行尺寸测量的重要依据。首先利用《服装用人体测量的部位与方法》中描述的比例标定十条曲线所在高度,在人体轮廓线上得到初始特征点,然后以得到的初始特征点为中心确定感兴趣区域,最后感兴趣区域中运用Harris角点检测寻找有效的人体特征点。4、人体二维尺寸和围度的计算。首先根据得到的正侧面的最高点和最低点进行三维重建得到人体的身高。然后以人体身高为参照物,运用参照法计算其他二维尺寸,如头宽、头高、腰宽、腰厚、臀宽、臀厚、上臂长以及坐姿高度等。最后利用已得到胸部、腰部以及臀部的宽度和厚度尺寸,运用曲线二元二次回归分析计算围度尺寸,并对各尺寸进行误差分析。以Visual Studio2008软件为基础,运用双目立体视觉系统,开发人体参数测量的软件系统以及相关算法。通过采集人体正侧面图像进行实验,获得驾驶人人体尺寸数据,为以后的汽车人机工程的研究工作提供了支持。实验结果表明,该方法可以快速、准确地实现人体尺寸的离线和在线的测量,具有较好的实时性和准确性。
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