[發明專利]一種基于圖像的人體腰圍測量方法及腰帶

有效

• 申請號: 201810257544.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108652109B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 馬燕;何帥兵;黃慧;詹新林;李順寶
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: A41H1/00
• 分類號: A41H1/00;A61B5/107
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

1.一種基于圖像的人體腰圍測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、設置柔性腰帶，所述柔性腰帶上布置有適用于角點檢測的若干標記物，并且所述若干標記物包括若干第一標記物和至少兩個第二標記物，每個第二標記物均設置為與其余標記物不同的顏色類型；所述柔性腰帶采用軟磁條制作；所述標記物為方形，并且沿所述柔性腰帶的長度方向布置；各標記物間的間距相同，并且標記物的寬度也與所述間距相同；任意兩個第二標記物之間至少設置有一個第一標記物；

步驟二、采樣被測者束有所述柔性腰帶的圖像；

步驟三、利用Harris角點檢測法檢測采樣圖像中柔性腰帶上的角點；利用Harris角點檢測法檢測采樣圖像中柔性腰帶上的角點，具體包括以下步驟：

計算采樣圖像中各像素點的水平和垂直方向導數I_x和I_y：

其中，是卷積符號，I為圖像中各像素灰度值矩陣；

對采樣圖像中各像素點計算三個自相關參數A、B和C的數值：

其中，W_u,v為高斯濾波器，，u、v分別為高斯濾波器的長和寬，σ為高斯濾波器的方差；

然后，計算采樣圖像中各像素點的Harris角點響應值R：

R＝(AB-C²)-K(A+B)²

其中，K的取值范圍為0.04～0.06；

如果像素點(i，j)處的R大于預設的閾值T，并且像素點(i，j)處的R值與像素點(i，j)所在8鄰域的R值相比，當像素點(i，j)處的R值為極大值，則像素點(i，j)成為圖像的角點；

步驟四、利用FAST角點檢測法對檢測到的采樣圖像中柔性腰帶上的角點作篩選；利用FAST角點檢測法對檢測到的采樣圖像中柔性腰帶上的角點作篩選，具體包括以下步驟：

遍歷所述步驟三中獲得的角點，針對其中一個角點p，設其坐標為(i，j)，該角點的灰度值為I_c；以角點p為中心，由角點p周圍共16個像素點組成一個圓圈，所述16個像素點從1～16依次編號，其坐標分別為(i-3，j)、(i-3，j+1)、(i-2，j+2)、(i-1，j+3)、(i，j+3)、(i+1，j+3)、(i+2，j+2)、(i+3，j+1)、(i+3，j)、(i+3，j-1)、(i+2，j-2)、(i+1，j-3)、(i，j-3)、(i-1，j-3)、(i-2，j-2)、(i-3，j-1)；如果圓圈上16個像素點中有9個相鄰像素點的灰度值都大于I_c+t，則保留角點p，否則舍棄角點p，t為預設的閾值；

步驟五、對檢測到的角點進行二次曲線擬合；對檢測到的角點進行二次曲線擬合，具體包括以下步驟：

將步驟四中獲得的所有角點按其所處上下位置，分為位于上方的角點和位于下方的角點；判別方法是：針對一個角點p，設其坐標為(i，j)，計算與其相鄰的4個像素點(i-3，j-2)，(i-3，j+2)，(i+3，j-2)，(i+3，j+2)灰度值的最小值，如果像素點(i+3，j-2)或(i+3，j+2)的灰度值為最小值，則角點p為位于上方的角點，如果像素點(i-3，j-2)或(i-3，j+2)的灰度值為最小值，則角點p為位于下方的角點；

對于所有位于上方的角點進行二次曲線擬合，設共有n個位于上方的角點，其坐標分別為(i₁，j₁)、(i₂，j₂)、…、(i_n，j_n)，根據這n個角點進行二次曲線擬合，二次曲線擬合的方程為：

ax²+by²+cx+dy+e＝0

其中，a、b、c、d和e是二次曲線擬合的系數，將n個角點的坐標代入二次曲線擬合方程，寫為矩陣形式為：

利用最小二乘法計算二次曲線擬合的5個系數a、b、c、d和e，從而進行二次曲線擬合；

步驟六、沿二次曲線擬合搜索腰帶上的其余角點，并重新二次曲線擬合；沿二次曲線擬合搜索腰帶上的其余角點，并重新二次曲線擬合，具體包括以下步驟：

利用Canny算子提取圖像邊緣，用I_e表示邊緣圖像，其中用1表示邊緣，0表示非邊緣，I_e與采樣圖像大小一致；

沿二次曲線擬合搜索邊緣像素點并判斷該邊緣像素點所在邊界的閉合性，具體方法是：設

二次曲線擬合上各點坐標分別為(i_f1，j_f1)、(i_f2，j_f2)、…、(i_fn，j_fn)，以二次曲線擬合上各點坐標(i_fk，j_fk|k＝1、2、…、n)為中心，判斷其上下共7個坐標點位置在邊緣圖像I_e中是否存在邊緣點，這7個坐標點包括(i_fk-3，j_fk)、(i_fk-2，j_fk)、(i_fk-1，j_fk)、(i_fk，j_fk)、(i_fk+1，j_fk)、(i_fk+2，j_fk)、(i_fk+3，j_fk)；如果存在邊緣點A(i_e，j_e)，則進一步判斷A點所在邊界的閉合性；從A點開始，在A點的8鄰域中按上、右、右上、下、右下、左、左下、上、左上的順序找與其相鄰的點中是否存在邊緣點，即按(i_e-1，j_e)、(i_e，j_e+1)、(i_e-1，j_e+1)、(i_e+1，j_e)、(i_e+1，j_e+1)、(i_e，j_e-1)、(i_e+1，j_e-1)、(i_e-1，je)、(i_e-1，j_e-1)順序尋找，一旦找到邊緣點B，則再從B點開始找與B相鄰的點中是否存在邊緣點，這樣一直進行下去，如果找到的邊緣點就是A點，則說明A點所在邊界是閉合的，反之，則說明A點所在邊界不閉合，并保存該點；

檢測閉合邊界中位于上方的角點，具體方法是：假設二次曲線擬合與閉合邊界的交點坐標為M，其坐標為(i，j)，以(i，j)為當前坐標，搜索位于當前坐標上方的三個鄰點(i-1，j-1)、(i-1，j)、(i-1，j+1)是否為邊緣點，再以新找到的邊緣點(i’，j’)為當前坐標，一直搜索下去，一旦找不到新的邊緣點或新的邊緣點的列坐標減去j大于1，則將當前邊緣點(i’，j’)看作候選角點；計算候選角點(i’，j’)與其它已知角點(i_k，j_k)間的距離，如果邊緣點(i’，j’)與其它已知角點間的距離都大于等于5，則保留角點(i’，j’)，否則舍棄角點(i’，j’)，并將角點(i’，j’)加入滿足步驟五條件中所有位于上方的角點中，并按所述步驟五重新擬合二次曲線；

步驟七、搜索采樣圖像中柔性腰帶上的截止線；具體包括以下步驟：

取出在所述步驟六中保存的不閉合邊界中的點，并將列坐標最小的點(i_c，j_c)所在的列作為候選截止線；將坐標點（i_c-6,j_c+1）和（i_c+6,j_c+150）分別對應矩形區域的左上角坐標和右下角坐標，并進一步可以得到矩形區域的左下角坐標和右上角坐標分別為（i_c+6,j_c+1）和（i_c-6,j_c+150），利用上述矩形區域的左上角、右下角、左下角和右上角四個坐標就可以確定矩形區域，判斷所述矩形區域內是否存在邊緣點，如果存在邊緣點，則將j_c加1，繼續判斷其右邊的矩形區域內是否存在邊緣點；如果矩形區域內不存在邊緣點，則將j_c所在的列作為腰帶的截止線；

步驟八、識別采樣圖像中第二標記物所屬的顏色類型；識別采樣圖像中第二標記物所屬的顏色類型，具體包括以下步驟：

對于所述步驟六中找到的各閉合邊界，計算閉合邊界中所有點的行坐標的最小值i_min和最大值i_max，以及列坐標的最小值j_min和最大值j_max，根據這4個值計算閉合邊界的中心點坐標((i_min+i_max)/2，(j_min+j_max)/2)；

識別閉合邊界的中心點的顏色類型；

步驟九、根據采樣圖像中第二標記物所屬的顏色類型和角點數目，輸出腰圍數值。

2.根據權利要求1所述的人體腰圍測量方法，其特征在于，所述步驟九中，根據采樣圖像中第二標記物所屬的顏色類型和角點數目，輸出腰圍數值，具體包括以下步驟：

根據所述步驟八中識別的采樣圖像中第二標記物所屬的顏色類型，確定基礎腰圍l₁；

計算疊加腰圍l₂，從計算基礎腰圍l₁時采用的第二標記物出發，統計位于第二標記物上方的角點的數目；

計算附加腰圍l₃，l₃等于計算截止線到其最近的角點間的距離，設截止線所在的列坐標為j_c，與截止線最近的角點M1的列坐標為j_m1，與截止線次最近的角點M2的列坐標為j_m2，則；

輸出腰圍等于l₁+l₂+l₃。