一种基于图像的人脚关键部位的数据提取与测量方法

摘要

一种基于图像的人脚关键部位的数据提取与测量方法，步骤如下：步骤1：图像获取；步骤2：检测A4纸四个角顶点坐标，对图像进行几何校正；步骤3：正面脚的目标提取与测量；步骤4：侧面脚的目标提取与测量；本发明通过几何校正、图像处理技术能够有效的获取脚的关键部位的数据，可以满足购鞋者选着鞋码和鞋商制鞋时的需求，其误差均在2毫米之内。该方法在网上鞋店可以将得到的数据作为参考，为用户提供更准确的鞋码和款式，提高网上购物的成功率。该数据还可用于制鞋厂商为消费者提供专门的定制服务，即能帮助用户选择或定制到满意的鞋子，又能节约商家在销售环节因退换服务而产生的费用。

主权项

1.一种基于图像的人脚关键部位的数据提取与测量方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤1：图像获取通过人脚与A4纸之间的比例关系计算脚长和脚宽，并根据脚面高度与脚的长度之间的比例关系计算脚面关键部位的实际高度；因此，需要拍摄两幅图像，一幅是脚的正面照脚踩在白色A4纸上，相机从脚的正上方垂直向下拍摄；另一幅是脚的侧面照相机从脚的内侧对脚进行侧面投影；步骤2：检测A4纸四个角顶点坐标，对图像进行几何校正图像在获取及显示的过程中往往会产生几何失真，几何失真包括平移、缩放、旋转和透视以及更为复杂的几何失真；任意几何失真都能由非失真坐标系(x,y)变换到失真坐标系(x',y')的方程来定义；假设f(x,y)是无失真的原始图像，g(x',y')是f(x,y)的几何失真结果，则得到几何校正的基本关系式，如下：$\left\{\begin{array}{c}g(x^{\prime },y^{\prime })=f(x,y)\\ x^{\prime }=h_1(x,y)\\ y^{\prime }=h_2(x,y)\end{array}\right.$式中，h₁(x,y)和h₂(x,y)为校正变换函数，h₁(x,y)和h₂(x,y)用下面的多项式来近似：$h_1(x,y)=\frac{a_{0}x+a_{1}y+a_2}{a_{6}x+a_{7}y+1}$$h_2(x,y)=\frac{a_{3}x+a_{4}y+a_5}{a_{6}x+a_{7}y+1}$由于标准A4纸四个角顶点的实际相对坐标是已知的，将A4纸的四个角顶点作为控制点，通过图像处理技术检测几何失真图像中A4纸的四个角的坐标，然后再利用校正变换函数以及双线性内插法对失真图像进行几何失真校正；步骤3：正面脚的目标提取与测量由步骤2截取到A4纸子图像，我们要从这个子图像中提取出脚长和脚宽两个数据，具体实施过程如下：(1)足尖位置的检测足尖是落在A4纸的上半部分区域内的，而足跟是与A4纸的底边对齐的，因此在A4纸子图的上半部分检测足尖的位置，并根据脚与A4纸的比例关系计算出脚长；(2)第一蹠骨和第五蹠骨的位置检测由于第一蹠骨和第五蹠骨分别位于脚掌的两侧，我们用如下过程检测这两点的位置：①对前脚掌所在的子区进行边缘检测并滤波;与足尖位置检测的过程相类似，对脚宽处的边缘所在区域进行边缘检测，并用形态学闭运算滤波；②确定第一蹠骨的横坐标位置；在A4纸子图上、对应从足跟到足尖的69.5%位置处的纵坐标，用1×16窗口从右向左搜索，将窗口右左对折，在原灰度图上统计对折窗口内对应位置的灰度差，灰度差的均值大于25的位置就是第一蹠骨位置，将该点处的横坐标记为x_inner；③确定第五蹠骨的横坐标位置；与步骤②相类似，在足跟到足尖的62.5%位置处，用1×16窗口从左向右搜索，第一个满足窗口左右对折灰度差平均值大于25的位置就是第五蹠骨的位置，将该点处的横坐标记为x_outer；(3)脚长和脚宽的计算A4纸的标准大小是210毫米×297毫米，假设A4纸子图是M行N列的，令A4纸子图像左下角为坐标原点，若足尖位置在子图像中的坐标是(x,y)，则脚的实际长度为297×y/M毫米；假设在A4纸子图像上提取的脚掌宽度像素个数为c，由第一蹠骨和第五蹠骨的横坐标值可得c=x_inner-x_outer，而脚的实际宽度为210×c/N毫米；步骤4：侧面脚的目标提取与测量脚的侧面照图像是用来提取关键部位脚面的高度的，从足跟到足尖的2/5、1/2以及3/4处，这几个部位的脚面高度是鞋楦设计所用到的重要参数，选择鞋码时，脚面高的人选择比正常脚大一个的鞋码，或者在定制鞋子的时候适当增加鞋楦的高度；侧面照图像中，足跟至足尖的距离就是脚长，而从足底到脚面就对应了相应位置的脚高；假设侧面照中足跟在图像的左侧、足尖在右侧，则关键部位的脚面检测和高度测量方法如下：（1）检测足跟和足尖足跟和足尖在图像的下半部分，且在图像左右两侧形成了两个纵向的边缘，因此在图像从底部到高度的1/2区间内，检测图像中纵向的边缘，即能定位到足跟和足尖的位置；检测足底足底位于足尖和足跟纵坐标的下方，与地板接触，形成了横向的边缘；但是，由于脚的足弓处有弧度，因此脚的底部在图像上所成的边缘并不是一条直线，由此，我们以前脚掌的底部位置作为足底位置来检测1/2以及3/4处的高度，以后脚掌的底部位置作为足底位置来检测2/5的高度；前脚掌一般是脚长的1/3，其横坐标在[x₀-(x₁-x₀)×2/3,x₁]区间内，则该位置的足底检测过程为：①用垂直方向的梯度模板对图像进行边缘检测，突出横向边缘，模板为；$\left[\begin{array}{ccc}1& 3& 1\\ 0& 0& 0\\ -1& 3& -1\end{array}\right]$②在横向边缘图像上，横坐标为[x₀-(x₁-x₀)×2/3,x₁]、纵坐标为[0,min(y₀,y₁)]的区间内，计算水平方向的灰度积分投影，积分值最大的行所在的纵坐标即是足底的纵坐标，记为y₂；后脚掌足底检测方法类似；（2）脚面的关键部位检测此处以从足跟到足尖的1/2处为例，介绍脚面的关键部位检测；根据经验值，人脚的1/2处脚面高度是脚长的1/3左右，因此，1/2处脚面的横坐标为(x₀+x₁)/2、纵坐标为y₂+(x₁-x₀)/3；截取1/2处脚面所在的子区窗口，采用区域生长法对该窗口区域进行分割，区域内被分成目标和背景两部分；脚面是目标和背景的分界线，则横坐标为(x₀+x₁)/2处的分界点就是人脚1/2处脚面位置，我们用y₃表示该点的纵坐标；同样过程，我们提取出2/5处和3/4处的脚面位置；（3）脚面的关键部位实际高度计算由以上步骤，侧面照的足尖与足后跟之间的距离为x₁-x₀个像素，1/2处脚面高度是y₃-y₁个像素；根据脚长和脚高之间的比例关系，得出1/2处脚面的实际高度为同样方式我们能计算出3/4处和2/5处的脚面高度。