專利名稱：一種人體下肢自動測量裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種服裝測量技術領域，尤其是一種人體下肢自動測量裝置和方法。
背景技術：
醫用循序減壓襪借助緩壓原理，通過收縮腿部肌肉對血管腔加壓，促進靜脈血液回流心臟，減少下肢靜脈淤血，確保下肢靜脈良好循環。該襪子不僅能輔助治療下肢靜脈曲張，還能有效預防下肢靜脈曲張，具有重要的應用價值及廣闊的市場前景。醫用壓力襪要想取得好的療效，必須根據病人的腿部尺寸如高度、大腿圍度、小腿圍度來定制相應的襪子，才能在使用過程中提供合適的壓力，滿足緩壓治療的效果。若襪子過于寬松，產生的壓力過小，不能有效施加壓力；相反襪子若偏小，過于緊縮，就會產生較大的壓力，讓病人感覺難受、不舒服，而不愿意使用。因此測量病人腿部尺寸的顯得猶為重要。傳統測量人體的方法 為手工測量方法，以軟尺、人體測高儀、角度計、可變式人體截面測量儀等為主要工具，可以直接測量出人體各部位尺寸，使用工具簡單。但不同測量者的經驗不同或測量手法規范程度不同，導致測量結果大不相同，存在較大誤差，且費時費力；與被測者的接觸，有時還會讓被測者感到窘迫或疲勞。人們尋找新的測量方法來代替傳統手工測量法。自動人體測量以現代光學為基礎，融光電子學、計算機圖像學、信息處理、計算機視覺等技術為一體，將被測對象的圖像信息當作檢測和傳遞的載體加以利用，從圖像中提取有用的信，進行加工處理，生成所需要的尺寸。自動人體測量技術彌補了傳統手工測量的不足，能方便、快速、準確獲得人體數據。近年來，自動人體測量有了許多成果。美國Cyberware公司的WBX、WB4等掃描系統、法國Lactra公司的Vitus Smart 3D激光掃描設備,它們的本質是三角測量法,運用相似三角形原理，用多個激光測距儀對站立在測量箱內的被測者從多個方位進行測量，計算人體表面各點的三維坐標，經過計算機處理，形成人體三維模型，然后對模型進行三維尺寸測量，得到非常精確的人體尺寸。該方法測量精度高，但設備復雜昂貴，占地面積大，不利于推廣使用。Meados等人于1970年提出莫爾輪廓法，是應用光柵的陰影(投影)和光柵形成的莫爾條紋來捕捉人體。在此基礎上提出了影像莫爾法、投影莫爾法、掃描莫爾法及其改進方法。基本原理是將光源照射到置于被測物體上的主光柵，通過記錄光柵在物體上的變形了的光柵像，獲得物體表面各點的深度信息，從而獲得物體表面信息。莫爾法原理簡單，精度較高，但數據獲取速度慢，穩定性差，對噪聲比較敏感。美國紡織服裝技術公司TC2選用白光分層輪廓測量法獲取人體三維數據信息，用六部攝影機檢測產生的圖樣輪廓，然后合成為一完整模型。基于紅處線傳感技術的測量方法可以避免被測者脫換衣服，且獲得人體凈尺寸；如日本的Hamamatsu公司的Body Line掃描系統采用紅處線發射二極管得到掃描數據，基本不需要標記便可抽取三維數據，且錯漏數據較少。這些非接觸人體測量設備一般存在以下問題(1)誤差較大。因為上述設備基本是國外的，其模型都是建立在他們自己國家人群數據庫基礎上的，在我國使用時，誤差一般較高。據有些文章報道，TC2測量的胸圍、腰圍都有4-5cm誤差；加拿大的B0SS-21的誤差也有5cm左右。(2)這些設備大多數是使用三維人體掃描技術采集原始數據與圖像，將所獲取的信息綜合處理得到人體各部位的三維尺寸，進行人體重建，一般研制系統結構復雜、體積龐大、成本高、價格昂貴，一套設備至少在50萬以上。(3)這些設備不是針對人體下肢測量研制的，每次測量都會產生龐大的數據，界面數據也繁雜，需要人們手工去找到自己所需的相關數據，使用很不方便。

發明內容
本發明要解決上述現有技術的缺點，提供一種成本低、能方便快捷準確進行人體下肢測量的裝置和方法。本發明解決其技術問題采用的技術方案這種人體下肢自動測量裝置，包括圖像采集裝置和圖像處理器，圖像采集裝置包括專用測量褲和測量工作臺，測量工作臺的正面和左側各設有一個攝像頭機盒，攝像頭機盒通過金屬桿與測量工作臺連接，攝像頭機盒上設有攝像頭和閃光燈，圖像處理器由計算機主機和顯示器組成，其中圖像采集裝置和圖像 處理器通過USB數據線連接。作為優選，所述測量工作臺由背面、右側面和地面三塊平板組成，各面平板上均設有標記線，地面平板上設有腳印位置。作為優選，所述腳印位置其腳印內側間距離為20cm，右腳腳印距右側面平板的距離為40cm，攝像頭離地面的距離為50cm。作為優選，所述專用測量褲右腿褲腿覆蓋至腳踝，左腿褲腿裸露至大腿根部。這種人體下肢自動測量方法，包括以下步驟I)被測者身著測量專用褲，站立在測量工作臺的指定位置上，利用圖像采集裝置，采集被測者正面、側面兩張圖像；2)利用計算機圖像處理技術，對正面、側面兩幅圖像進行處理，提取出腿部輪廓；3)指定測量的關鍵點，利用圖像成像原理，可以獲得所需位置的高、寬、厚，通過曲線擬合，獲得該位置的圍度。作為優選，所述步驟2)具體地為，通過檢測標記線的位置，確定人腿大致區域，并對該區域圖片做處理，包括強化皮膚特征，灰度化轉換成灰度圖像，二值化為黑白照片，中值濾波去掉噪聲點，領域連通法得到腿部輪廓圖。作為優選，所述步驟3)中圍度曲線擬合模型是由手工測量得到的各個相應部位的寬度和厚度值通過Matlab軟件做二元線性回歸分析得到，擬合過程中以各部位寬度和厚度為自變量，圍度為應變量采用regress函數進行回歸分析，并根據殘差大小剔除異常數據，再進行回歸分析。發明有益的效果是本發明通過攝像頭采集正面、側面兩張圖像實現了對人體下肢尺寸的自動測量，能簡單方便快速準確獲取醫用壓力襪所需的各個尺寸，避免了以前靠人工手工測量時費時、費力等弊端，也可用于其他需要腿部尺寸的應用，成本低，操作簡單、方便。


圖I是本發明裝置的結構示意圖；附圖標記說明測量工作臺1，白色標記線2、3、4、5，腳印位置6，攝像頭機盒7，閃光燈8，攝像頭9，金屬桿10。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明實施例如圖1，這種人體下肢自動測量裝置，包括圖像采集裝置和圖像處理器，圖像采集裝置包括專用測量褲和測量工作臺1，測量工作臺I的正面和左側各設有一個攝像頭機盒7，攝像頭機盒7通過金屬桿10與測量工作臺I連接，攝像頭機盒7上設有攝像頭9和閃光燈8，圖像處理器由計算機主機和顯示器組成，其中圖像采集裝置和圖像處理器通過USB數據線連接。專用測量褲右腿褲腿覆蓋至腳踝，左腿褲腿裸露至大腿根部。其測量方法包括以下步驟 I)利用圖像采集裝置，采集被測者正面、側面兩張圖像。被測者必須換上測量專用褲，褲邊短的為左腿，脫掉襪子，衣服扎進褲子，按正確的姿勢站立在測量平臺上，兩腳放在測量平臺的腳印位置6上，直立，抬頭挺胸，目視前方，雙手抱胸，通過攝像頭9采集被測者正面、側面兩張圖像，傳入計算機。其中測量專用褲的顏色為深藍色，左褲腿下邊緣由褲襠位置向下5公分，為了穿著舒服，褲邊設有可自動調節松緊抽拉式帶子。測量平臺由背面、右側面和地面三塊鋪有深藍色布的平板構成，相互螺釘連接，可拆卸，在三塊板上都設有白色的標記線2、3、4、5，地面平板上標有腳印位置6即兩個黑色腳印輪廓線，腳印內側間距離為20cm，右腳腳印距右側面平板的距離為40cm。攝像頭9固定在攝像頭機盒7里，攝像頭9離地面的距離為50cm，腳印位置6距離正前方攝像頭180cm，距離側面攝像頭178cm，閃光燈保證光線充足一致，無論白天夜晚都可測量，其充電為自制的USB充電電路板，不需要電池，攝像頭、閃光燈都通過USB線與電腦相連接，整個裝置都是可拆卸，方便安裝。2)利用計算機圖像處理技術，對正面、側面兩幅圖像進行處理，提取出腿部輪廓。具體地說，對先進行圖像是否規范的判斷，如雙手放到褲邊以下(也就是腿部位置)、衣服沒有扎進褲子里(也就是上衣擋住了藍色褲子一部分)、閃光燈沒開以致圖片過暗或沒有人站在測量區域，若不合規范，就提醒存在的問題，進行調整衣服和站姿后重新進行圖像采集。若圖像正常就檢測標測量平臺上白色標記線的坐標位置并記錄下來，確定人腿大致區域，對該腿部區域做圖像處理，具體為先對彩色圖像強化皮膚特征，即符合該特征的加強其RGB值，再通灰度化轉換成灰度圖像，根據經驗值選取合適閾值進行二值化，得到腿部區域和許多的噪聲點，選用3x3的9點中值濾波去掉噪聲點，利用8鄰域連通法得到腿部區域的邊界點并進行平滑處理，最后只保留這些邊緣點，即為連續的腿部輪廓圖，圖像分辨率為2048x1536。3)指定測量的關鍵點，利用圖像成像原理，可以獲得所需位置的高、寬、厚，通過曲線擬合，獲得該位置的圍度。通過圖像處理后的圖片，可以直接得到腿部某點以像素為單位的高度、寬度和厚度。高度為該點的Y方向坐標減去地面標記線的Y方向坐標，寬度為正面圖像中該點的所在行的右邊邊緣點X方向坐標減去左邊邊緣點的X方向坐標。醫用襪所需要的尺寸是實際以厘米為單位的值，不是圖像中以像素為單位的值，要通過圖像成像原理進行轉換。設圖像后面背板的比例尺為scale，scale值為標記線的實際高度除以成像高度，即每行像素的實際高度，若腿部某點A的像素高度為Hl，A點到鏡頭的距離為LI，到測被測者后面背板距離為L2,則A點實際高度為H2,其計算方法為公式H2=Hl*scale*Ll/(L1+L2)。依此類推，可以計算腿部每個點的高度、寬度和厚度。通過鼠標點擊選擇醫用壓力襪所需的大腿根5公分、小腿最粗、踝骨點幾個關鍵點。當編輯者用鼠標在圖片中指定某一點時，就可以獲得該點的高度和圍度，但是其圍度的值不能直接從圖片計算中得到，但可以通過曲線擬合計算獲得。圍度擬合模型是由手工測量得到的各個相應部位的寬度和厚度值通過Matlab軟件做二元線性回歸分析得。首先，通過馬丁測量儀測定個測量者腿部各部位的圍度、寬度和厚度，其中腳踝(取腳底向上12cm處)和大腿根下5cm位置先通過高度測量確定位置后測量圍度、寬度和厚度，小腿肚位置由側面觀察小腿肚外凸最大處定標后測量圍度、寬度和厚度。擬合過程中以各部位寬度和厚度為自變量，圍度為應變量采用regress函數進行回歸分析，并根據殘差大小剔除異常數據，再進行回歸分析。最后，根據點的不同，擬合曲線的參數也不同，設各部位對應的寬度為xl，厚度為x2，醫用壓力襪所需的大腿根下5cm處圍度為yl、小腿肚圍度為y2、踝骨圍度為y3，則各處對應的擬合模型分別為設寬度為xl，厚度為x2，醫用壓力襪所需的大腿根5公分處圍度為yl、小腿最粗處圍度為y2、踝骨點的圍度為y3，則各處對應的擬合模型分 別為yl=-4.3579+6. 7802*χ1_2· 7964*χ2_0· 19003*χ1*χ1+0· 011771*χ1*χ2+0· 14488*χ2*χ2y2=0.29241+2. 3081*χ1+0· 88223^x2+0. 49322*χ1*χ1_1· 0457*χ1*χ2+0· 54313*χ2y3=-8. 7694+4. 4468*χ1+2· 1867*χ2+0· 32521*χ1*χ1_0· 88549*χ1*χ2+0· 27621^x2本發明只對醫用壓力襪所需的大腿根5公分、小腿最粗、踝骨點三處進行了擬合曲線的實驗，這些參數只合適于這些部位，若換成其他部位則需要重新計算參數。4)尺寸顯示、查詢、保存、導出裝置。根據測量結果，顯示出推薦壓力襪子的型號，也可以對上面面所測尺寸進行保存，根據需要進行各種條件的查詢，最后可以導出所測量的數據。如按時間日期查詢，可以查看今天的測量數據、本周的測量數據、本月的測量數據，對數據導出設置密碼，只有知道密碼的人才有權限能，密碼可以重新設置。測量結果分析其測量結果與手工測量比較如下表所示(B表示腳踝C表小腿最粗D表腓骨G大腿根下5公分處，高度為鼠標點擊，不做比較)
方法G周長C周長B周長
本發明測量值56.5cm38.6cm22.6cm
手工測量值55.9cm38. Icm22.8cm
誤差0.6cmO. 5cm0.2cm通過200多個人體的手工測量與本發明測量進行對比，結果如下表所示
權利要求
1.一種人體下肢自動測量裝置，包括圖像采集裝置和圖像處理器，其特征是圖像采集裝置包括專用測量褲和測量工作臺(1)，測量工作臺(I)的正面和左側各設有一個攝像頭機盒(7),攝像頭機盒(7)通過金屬桿(10)與測量工作臺(I)連接，攝像頭機盒(7)上設有攝像頭(9)和閃光燈(8)，圖像處理器由計算機主機和顯示器組成，其中圖像采集裝置和圖像處理器通過USB數據線連接。
2.根據權利要求I所述的人體下肢自動測量裝置，其特征是所述測量工作臺(I)由背面、右側面和地面三塊平板組成，各面平板上均設有標記線(2、3、4、5)，地面平板上設有腳印位置(6)。
3.根據權利要求2所述的人體下肢自動測量裝置，其特征是所述腳印位置(6)其腳印內側間距離為20cm，右腳腳印距右側面平板的距離為40cm，攝像頭(9)離地面的距離為50cmo
4.根據權利要求I所述的人體下肢自動測量裝置，其特征是所述專用測量褲右腿褲腿覆蓋至腳踝，左腿褲腿裸露至大腿根部。
5.一種人體下肢自動測量方法，包括以下步驟 1)被測者身著測量專用褲，站立在測量工作臺(I)的指定位置上，利用圖像采集裝置，采集被測者正面、側面兩張圖像； 2)利用計算機圖像處理技術，對正面、側面兩幅圖像進行處理，提取出腿部輪廓； 3)指定測量的關鍵點，利用圖像成像原理，可以獲得所需位置的高、寬、厚，通過曲線擬合，獲得該位置的圍度。
6.根據權利要求5所述的人體下肢自動測量方法，其特征是所述步驟2)具體地為，通過檢測標記線(2、3、4、5)的位置，確定人腿大致區域，并對該區域圖片做處理，包括強化皮膚特征，灰度化轉換成灰度圖像，二值化為黑白照片，中值濾波去掉噪聲點，領域連通法得到腿部輪廓圖。
7.根據權利要求5所述的人體下肢自動測量方法，其特征是所述步驟3)中圍度曲線擬合模型是由手工測量得到的各個相應部位的寬度和厚度值通過Matlab軟件做二元線性回歸分析得到，擬合過程中以各部位寬度和厚度為自變量，圍度為應變量采用regress函數進行回歸分析，并根據殘差大小剔除異常數據，再進行回歸分析。
全文摘要
本發明涉及一種人體下肢自動測量裝置和方法，其裝置包括圖像采集裝置和圖像處理器，圖像采集裝置包括專用測量褲和測量工作臺，測量工作臺的正面和左側各設有一個攝像頭機盒，攝像頭機盒通過金屬桿與測量工作臺連接，攝像頭機盒上設有攝像頭和閃光燈，圖像處理器由計算機主機和顯示器組成，其中圖像采集裝置和圖像處理器通過USB數據線連接。發明有益的效果是本發明通過攝像頭采集正面、側面兩張圖像實現了對人體下肢尺寸的自動測量，能簡單方便快速準確獲取醫用壓力襪所需的各個尺寸，避免了以前靠人工手工測量時費時、費力等弊端，也可用于其他需要腿部尺寸的應用，成本低，操作簡單、方便。
文檔編號A41H1/06GK102763923SQ201210239309
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者丁笑君, 楊允出, 王兆青, 鄒奉元, 魯建國 申請人:浙江理工大學, 紹興好士德醫用品有限公司