基于自动测体的围度曲线拟合模型.pdf
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1、第3 1 卷第4 期 2 0 1 0 年4 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 ,N o 4 A p r ,2 0 1 0 文章编号:0 2 5 3 - 9 7 2 1 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 1 2 8 0 5 基于自动测体的围度曲线拟合模型 尚笑梅1 ,卢晨2 ,王 辉2 ( 1 苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州2 1 5 0 2 1 ;2 苏州大学计算机科学与技术学院,江苏苏州2 1 5 0 0 6 ) 摘要通过拍摄人体正面和侧面的图像,提取其轮廓线形用于服装三维人体尺寸的自动测量技术
2、。该技术成本 低,转换后二维尺寸的计算简单快速,适合产品的商业化。( 一般的计算方法是对人体围度进行样本分析,利用拟 合方法获得不同号型样本的围度曲线函数模型,通过围度曲线的二维信息估计尺寸。) 主要基于自动人体测量需 要,在选取号型随机样本的试验基础上,使用指数曲线、对数曲线、二次曲线和三次曲线拟合其中胸围曲线,建立对 应的围度函数模型并对其在误差和线形方面展开详细的分析与比较,论证这些模型的合理性与不足之处,为建立 更适用的围度尺寸函数模型提供参考。 关键词人体围度曲线;曲线拟合;模型比较;误差分析;线形比较 中图分类号:T S1 3 1 9文献标志码:A H u m a nb o d y
3、c i r c u m f e r e n c ec u r v ef i t t i n gm o d e l b a s e do na u t o m a t i cm e a s u r e m e n t S H A N GX i a o m e i l ,L UC h e n 2 ,W A N GH u i 2 ( I C o l l e g eo fT e x t i l ea n dC l o t h i n gE n g i n e e r i n g ,S o o e h o wU n i v e r s i t y ,S u z h o u ,J i a n g s u2
4、 1 5 0 2 1 ,C h i n a ; 2 S c h o o lo f C o m p u t e rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,S o o e h o wU n i v e r s i t y ,S u z h o u ,J i a n g s u2 1 5 0 0 6 ,C h i n a ) A b s t r a c tT h eb o d yc o n t o u re x t r a c t e df r o mt h ei m a g e so ff r o n ta n ds i d eb o d yt a k e n
5、b yd i g i t a lc a m e r ai s u s e di nt e c h n o l o g yo fa u t o m a t i c3 - Db o d ym e a s u r e m e n t T h i st e c h n o l o g ys u i t sw i t hb u s i n e s sb e c a u s eo fi t s l o wt e c h n i c a lc o s t ,s i m p l ea n df a s tc o m p u t i n gp r o c e s s ( T h eg e n e r i cm
6、e t h o di st oe s t i m a t et h es i z eb y a n a l y z i n gt h ec i r c u m f e r e n c eo fe x a m p l e sa n dg e t t i n gt h em o d e lc o n s t r a i n e db yt h ec i r c u m f e r e n c e 7 Sw i d t h a n dt h i c k n e s sw h i c hi saf u n c t i o nw i t hc u r v ef i t t i n g ) T h i s
7、p a p e rd i s c u s s e st h em o d e l sa b o u tt h ed e v i a t i o n a n dc u r v e ss h a p e T h em o d e l sa r ef i t t e d b ye x p o n e n t i a l ,l o g a r i t h m ,q u a d r a t i cp o l y n o m i a la n dc u b i c p o l y n o m i a lf u n c t i o n s T h em o d e l s r a t i o n a l i
8、 t ya n dd i s a d v a n t a g e sa r ed e m o n s t r a t e d ,p r o v i d i n gar e f e r e n c e t om a k em o r ea p p r o p r i a t em o d e l sf o rm e a s u r i n gb o d yc i r c u m f e r e n c e K e yw o r d s h u m a nc i r c u m f e r e n c ec u r v e ;c u r v ef i t t i n g ;c o m p a r
9、i s o no ff i t t i n gm o d e l ;d e v i a t i o na n a l y s i s ; curvec o m p a r i s o n 近几年,借助于不断发展的计算机视觉技术,人 体测量技术逐渐向自动化方向发展。与传统的接触 式测量方式相比,人体自动测量技术不仅测量速度 快,精确度高,而且更人性化,用户更易接受。由于 人体的非刚性,在自动测量技术中,对人体围度的计 算是整个测量过程中最主要的难点之一。利用光 栅、激光、红外等三维扫描技术获取人体表面点云数 据,在计算机中重建人体模型,能有效地提取人体围 度的三维形状来估计人体围度尺寸,如美国的
10、T C 2 、 C y b e r w a r e 、德国的T e c M a t h 等。4 1 ;通过二维图像”o 获得人体轮廓数据,设计人体围度估算算法,进而计 算人体围度尺寸,这种自动测量方法则更利于产业 化应用6 。8 1 。 通过对样本围度曲线进行拟合处理,使围度曲 线函数模型化,根据人体轮廓所提供的围度宽度和 厚度等约束条件精确估算出人体各围度尺寸是解决 收稿日期:2 0 0 9 0 4 2 0修回日期:2 0 0 9 1 2 0 6 作者简介:尚笑梅( 1 9 6 0 一) ,女,副教授。主要研究方向为服装数字化。E - m a i l :s h a n g x i a o m
11、 e i s u d a e d u c a 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期 尚笑梅等:基于自动测体的围度曲线拟合模型 1 2 9 上述问题的有效方法之一。本文在采集了样本的围 度线形,并用指数曲线、对数曲线、二次曲线和三次 曲线拟合生成函数模型的基础上,对该函数模型在 线形和误差方面展开详细的分析与比较,论证这些 模型各自的合理性与不足之处,为建立更适用的围 度尺寸函数模型提供实验参考。 1 人体围度曲线的函数模型化 按照G B1
12、3 3 5 1 9 9 7 服装号型,以1 7 0 8 4 A 成年男性为主要研究样本,用手工采集样本的胸围 曲线的线形。以胸围左右最外侧点和前后中心点为 分界点,将胸围分成4 段曲线。由于人体可近似看 成左右对称,因此只要考虑半边围度,故人体围度曲 线是由前后2 条蓝线连接而成。通过曲线拟合方 法,获得这2 条曲线的函数模型。 1 1 样本围度曲线采集 为获得描绘人体围度曲线更真实的线形,在选 定样本后,首先标定样本胸围曲线的左右最外侧点、 前后最外侧点和前后中心点,然后利用描点法,采集 了胸围曲线上一系列点集并连接各点,模拟出人体 围度样条曲线线形。此胸围曲线为样本的贴体胸围 曲线线形(
13、见图1 ) 。经计算验证,样本的实际贴体 胸围尺寸与该模拟的样条曲线的误差为1e m 左右, 且样条曲线的宽度和厚度符合样本的真实尺寸,故 可将此样条曲线作为样本的胸围曲线。 趱渗 镶萝 图11 7 0 8 4 A 胸围样条曲线及其外切曲线 F i g 1 17 0 8 4 Ac h e s tc u r v ea n di t so u t s i d ei n s c r i b e dc u r v e 1 2 外切曲线及拟合点采集 在传统测量方法中,胸围尺寸是用软尺测量过 乳峰点的水平周长,而不是胸围的贴体长度。如果 直接将胸围样条曲线用于曲线拟合,与实际测量不 相符,故需要对样条曲线
14、作相应的处理。以前后中 心点和左右最外侧点为分界点,将胸围曲线分成前 胸围线和后胸围线,用1 条光滑曲线外切该样条曲 线,模拟软尺测量的走势。由于前后中心点处内凹, 光滑曲线将直接连接2 个前后最外侧点,这样处理 也符合软尺测量效果。对胸围样条曲线用光滑曲线 外切的结果见图1 。图中P ( i = 1 ,2 ,8 ) 为后胸 样本采集点,Q 。( i = 1 ,2 ,3 ,9 ) 为前胸样本采 集点。 1 3 拟合控制点的选取 由于自动测量的图形获取是对测量人体特征识 别而形成的,也就是说,如若捕捉不到人体的特征 点,图形是无法生成的。基于正面和侧面的二维图 像,人体围度只能分解从正面最大宽度
15、和侧面最大 厚度信息获取,即图1 中的直线A E 和C G 。尽管曰 点为后胸最凸点,但由于其在不同人体中的可变性 和不定性,在不同图像中曰点无法自动识别,使得 实际上该点无特征性;再由于拟合过程中曲线圆顺 的需要,加之人体着装的特点,B 点实际被后中心C 点代替,c 点形成可自动识别的特征点。故在对胸 围曲线拟合时,可直接对A C 曲线拟合建模( 其拟合 可行性分析参见本文2 2 ) 。 1 4 胸围曲线拟合过程 由于前胸曲线和后胸曲线的线形有所差别,所 以分别对其进行拟合处理。同时,为便于处理,将前 胸曲线关于并轴对称变换,均放入第1 象限。然后 分别在前后2 条光滑的胸围曲线上取若干等分
16、点, 提取这些点的坐标值用于曲线拟合。 光滑曲线的走势是1 条单调递增且趋于平缓的 曲线,分别用对数函数、指数函数、二次多项式函数、 三次多项式函数进行拟合,并优化模型。对后胸曲 线拟合结果如图2 所示。对前胸曲线作类似处理。 该围度曲线拟合及函数模型的研究和函数模型及其 最后的参数取值详见相关文献 9 。 2 人体围度曲线函数模型的分析 一个合理的、适用面广的人体围度曲线拟合生 成的函数模型,要求其拟合优度尽量高,拟合函数尽 量简单,误差尽量小,线形比较稳定,可扩展性好。 结合上述试验,本文从误差、线形2 方面对上述几个 函数模型进行比较分析。设右侧最外点A 坐标为 ( 1 ,0 ) ,B
17、点为后胸外侧最突点,c 点为外切曲线的 后中心点,如图3 所示。 2 1误差分析 对人体围度曲线建立函数模型,首要条件就是 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 3 0 纺织学报 第3 1 卷 后胸宽度x c m后胸宽度x c m f a J 对数曲线( b ) 指数曲线 董 嫠 翟 岖 善 掣 瑙 畦 舞 岖 后胸宽度x c m ( c ) 二次曲线 E 蜊 趾 餐 妲 2 4 681 0 1 2 1 4 1 6 1 8 后胸宽度x c m f d
18、 ) 三次曲线 图2 分别用对数函数、指数函数、二次多项式函数、 三次多项式函数拟合后胸曲线 F i g 2F i t t i n gC u r v eo fb a c kc h e s tb yl o g a r i t h m ( a ) , e x p o n e n t i a l ( b ) ,q u a d r a t i c ( c ) a n dc u b i c ( d ) p o l y n o m i a lf u n c t i o n s 后胸宽度x c m ( a 】a 对数曲线 后脾宽度x c m ( c ) 二次曲线 巨 毯 酰 餐 _ | 】皂 E 掣 一 剖
19、 醍 墨 也 0 A2 4681 01 21 4 1 61 8 后朋宽度x c m ( b ) 指数曲线 0 爿2468 1 0 1 21 4 1 61 8 后脾宽度x c m ( d ) 三次曲线 图3拟合曲线与后胸外切曲线的对比 F i g 3C o m p a r i s o nb e t w e e nf i t t i n gc u r v e sa n d c u r v eo fb a c kc h e s t ( a ) L o g a r i t h m ;( b ) E x p o n e n t i a l ; ( c ) Q u a d r a t i cp o l y
20、 n o m i a l ;( d ) C u b i cp o l y n o m i a l 模型的误差值尽量小,同时它的拟合优度要尽量高, 函数表达式尽量简洁明了。这2 个要求是互相矛盾 的,模型的函数表达式越简单,拟合效果越差,误差 也就越高;表达式越复杂,拟合效果越好,误差也越 小,但这样的模型失去了一般性,它代表了样本的围 度线形,不能体现样本所在分类人群围度线形的普 遍特征,缺乏通用性。从图3 的对比中可以看出,在 A B 段,这4 种拟合曲线的拟合误差很小,但由于B C 段基本是一条水平直线,只有图3 ( d ) 在这一段上趋 向于直线,所以B C 段的拟合误差就会偏小。4 条
21、曲 线模型的拟合优度及与光滑曲线的误差值见表l 。 从表中可以看出,三次多项式拟合函数无论在拟合 优度上还是在误差值上都优于其他函数。 表1后胸曲线各拟合函数的拟合优度及误差值 T a b 1 G o o d n e s so ff i ta n dd e v i a t i o no ff i t t i n g s i m u l a t e dc u r v eo fb a c kc h e s t 拟合函数拟合优度模型尺寸光滑曲线尺寸误差值 2 2 线形分析 仅有较好的拟合优度及较小的误差值,对于建 立人体围度函数模型来说,还是远远不够的。所建 立的函数模型必须包含约束条件。对于自动人
22、体尺 寸测量方法来说,从人体轮廓中直接获取的人体围 度尺寸是二维数据,即围度的宽度和厚度尺寸是估 算围度尺寸的已知条件。从4 条拟合曲线的线形可 以看出,前3 种拟合曲线的最右端与c 点的距离比 较远,C 点的坐标可以写成( 胸围宽2 ,后胸厚) ,而 此最右端点离c 点越近,则函数模型就能和围度曲 线的宽度和厚度尺寸之间产生联系。通过输入围度 曲线的宽度和厚度尺寸,利用相应模型就能估算出 人体的围度尺寸。 一方面,函数模型的数学规律必须符合实际应 用需要。从这4 条拟合曲线的走势来看:在A B 段, 4 条拟合函数走势情况差别不大;而在B C 段附近, 图3 ( a ) 曲线随x 的变大,Y
23、 值变化太大,不符合人体 围度曲线形态特征;图3 ( b ) 、( C ) 曲线随石的变大,Y 值不是单调递增的,所以也不适合用来建立围度曲 线函数模型;只有图3 ( d ) 曲线,在戈变大过程中,Y 值走势比较平缓,曲线线形符合胸围曲线,而且有利 于通过线性或者非线性变换估算同号型下其他人体 围度尺寸。 另一方面,根据外切曲线的走势,如果考虑将外 切曲线进行分段拟合,即对A B 、B C2 段曲线分别进 行曲线拟合比较,选取最佳逼近作为该曲线的模型。 由于外切曲线为模拟软尺测量的走势曲线,故B C 段为1 条平行于工轴的线段,其长度为B 点的横坐 标,因此,只要求出B 点横坐标和A B 段的
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