CN111595299B - 一种基于摄影测量的服装信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于摄影测量的服装信息采集系统，包括：服装悬挂装置、服装空间参照物、服装影像光源、服装影像信息采集相机和处理器；服装悬挂装置用于悬挂待采集影像信息的服装；服装影像光源用于为服装打光；服装空间参照物均匀分布于服装影像信息采集相机的视场内没有服装的地方；服装影像信息采集相机用于采集服装和服装空间参照物的影像；处理器用于根据服装和服装空间参照物的影像，计算得到服装的可量测三维模型。本发明所提出的技术方案可以实现自动化服装三维模型的建立，在采集服装影像信息后可准确的量测服装各类尺寸和比例，并保存了相应位置的图像纹理信息，以便于对服装的材质信息进行分类录入。

Description

一种基于摄影测量的服装信息采集系统

技术领域

本发明涉及服装三维建模技术领域，尤其涉及一种基于摄影测量的服装信息采集系统。

背景技术

迄今为止所有的服装信息采集的都是通过人工检测并手动填报，也有通过普通相机拍摄进行平面影像信息采集的方法。但是都不能实时的再现服装立体的三维几何形状，且图像分辨率存在一定问题，给观察者正确的判断和确定服装的类别、尺寸、状态等信息带来困难，存在一定的局限性。

发明内容

为了解决现有服装信息采集系统无标准化服装信息采集环境，导致同样服装采集到的影像在色彩、尺寸上差异性较大，无量测功能，无法进行空间数字化，不可量测服装的尺寸、比例等重要服装信息的问题，本发明提供了一种基于摄影测量的服装信息采集系统；包括：服装悬挂装置、服装空间参照物、服装影像光源、服装影像信息采集相机和处理器；

所述服装悬挂装置与地面相对固定安装，所述服装影像光源固定安装于所述服装悬挂装置的侧面，所述服装影像信息采集相机固定安装于所述服装悬挂装置正面和背面预先设置的机位上，所述服装空间参照物均匀设置于所述服装悬挂装置的周围；所述服装影像信息采集相机与所述处理器电性连接；

所述服装悬挂装置，用于悬挂待采集影像信息的服装；

所述服装影像光源，用于为所述服装打光，以便于所述服装影像信息采集相机拍摄所述服装的影像；

所述服装空间参照物均匀分布于所述服装影像信息采集相机的视场内没有服装的地方；

所述服装影像信息采集相机用于采集所述服装和服装空间参照物的影像，并将采集的所述服装和服装空间参照物的影像发送至所述处理器；

所述处理器，用于根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装的可量测三维模型。

进一步地，所述服装悬挂装置为服装挂架，服装悬挂于所述服装挂架上，且保持服装的关键特征点自然展开不受遮挡；在所述服装挂架上，设置有锚点；所述关键特征点包括：领口、袖口、肘部、襟部、腰部和膝部位置。

进一步地，所述服装空间参照物包括若干标志物，所述标志物均匀分布于所述服装影像信息采集相机的视场内没有服装的地方。

进一步地，所述服装影像光源有两个，均为匀光光源，分别设置于所述服装悬挂装置两侧，且朝向所述服装悬挂装置，位于所述服装影像信息采集相机的视场外。

进一步地，所述服装悬挂装置的正面左右两侧对称的设置有两个机位，对称的，所述服装悬挂装置的背面左右两侧也设置有两个机位；

所述服装影像信息采集相机包括四个相机，分别设置于四个机位上，用于拍摄所述服装的影像信息；其中，服装悬挂装置的正面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装的正面左片影像和正面右片影像，服装悬挂装置的背面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装的背面左片影像和正面右片影像。

进一步地，服装同面的两个机位上的相机的曝光点间距离以及曝光点与服装之间距离符合以下式关系：

上式中，d为可立体量测最小投影差，为预设值；f为机位上的相机拍摄服装时相机的焦距；L为服装的厚度；B为服装同侧两个机位上相机曝光点之间的距离；D为机位上的相机曝光点与服装几何中心点之间的距离，设定公式为

μ为相机的像素尺寸，Δ为服装特征的最小尺寸，为预设值；

进一步地，服装同侧的相机视场间采集的标志物大于或者等于4个。

进一步地，所述服装影像信息采集相机采集的所述服装和服装空间参照物的影像包括：所述服装的正面左片影像和正面右片影像，所述服装的背面左片影像和背面右片影像；所述处理器，根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装的可量测三维模型；具体包括以下步骤：

S101：分别识别正面左片影像、正面右片影像、背面左片影像和背面右片影像上的标志物，并计算各标志物中心点位置在对应影像上的像平面坐标；

S102：采用共线方程与后方交会法，根据对应影像上识别出的各标志物的像平面坐标及其三维坐标，计算对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标；

S103：使用色彩梯度分割方法在所述服装的正面左片影像和正面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像；分别在所述服装的背面左片影像和背面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像；

S104：使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标(分别在仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像上的像平面坐标)；

使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标(分别在仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像上的像平面坐标)；

S105：采用共线方程与前方交会方法，根据同名点的像平面坐标、所述的对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标，计算得到服装上同名点以锚点为原点的三维坐标；

S106：以服装上的三维同名点为顶点构建三角网；

S107：将构建的三角网中任意三角面的三个顶点在服装同面左右两片影像上对应的同名点在影像上组成的三角形内包含的影像切片投影到三角网上相应的三角面上，从而得到服装的可测量三维模型。

进一步地，步骤S101中，通过人工手动标识、哈里斯特征提取算法或者edge提取算法中的任意一种方法识别各影像上的标志物。

进一步地，步骤S102中，标志物的三维坐标通过预先测量得到。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的技术方案在标准化环境中进行服装全方位的观测，可以实现自动化服装三维模型的建立，在采集服装影像信息后可准确的量测服装各类尺寸和比例，并保存了相应位置的图像纹理信息，以便于对服装的材质信息进行分类录入。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中一种基于摄影测量的服装信息采集系统的安装位置俯视图；

图2是本发明实施例中服装悬挂装置与标志物分布示意图；

图3是本发明实施例中锚点位置三维示意图；

图4是本发明实施例中相机视场与标志物的关系的俯视图；

图5是本发明实施例中计算服装可测量三维模型的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的实施例提供了一种基于摄影测量的服装信息采集系统；

请参阅图1，图1是本发明实施例中一种基于摄影测量的服装信息采集系统的安装位置俯视图；所述一种基于摄影测量的服装信息采集系统包括：服装悬挂装置1、服装空间参照物2、服装影像光源3、服装影像信息采集相机4和处理器(图中未示出)；

所述服装悬挂装置1与地面相对固定安装，所述服装影像光源3固定安装于所述服装悬挂装置1的侧面，所述服装影像信息采集相机4固定安装于所述服装悬挂装置1正面和背面预先设置的机位上，所述服装空间参照物2均匀设置于所述服装悬挂装置1的周围；所述服装影像信息采集相机4与所述处理器电性连接；

所述服装悬挂装置1，用于悬挂待采集影像信息的服装5；

所述服装影像光源3，用于为所述服装5打光，以便于所述服装影像信息采集相机4拍摄所述服装5的影像；

所述服装空间参照物2均匀分布于所述服装影像信息采集相机4的视场内没有服装的地方；

所述服装影像信息采集相机4用于采集所述服装和服装空间参照物的影像，并将采集的所述服装和服装空间参照物的影像发送至所述处理器；

所述处理器为电脑，用于根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装5的可量测三维模型。

请参阅图2，图2是本发明实施例中服装悬挂装置与标志物分布示意图，图2所示为服装悬挂于服装悬挂装置1上时的正面；

所述服装悬挂装置1为服装挂架，服装5悬挂于所述服装挂架上，且保持服装的关键特征点自然展开不受遮挡；在所述服装挂架上，设置有锚点6；所述关键特征点包括：领口、袖口、肘部、襟部、腰部、膝部等位置。

请参阅图3，图3是本发明实施例中锚点位置三维示意图，其中m为服装长度，h为服装宽度，L为服装厚度；所述锚点6位于所述服装挂架上，且位于悬挂的服装5后，受服装5自然摆动影响小，自身位置不易发生改变的地方，本发明实施例中，锚点设置于服装挂架的顶端；且锚点6位置与服装影像信息采集相机4的曝光点位置应保持稳定，每次影像采集时，锚点6位置与服装影像信息采集相机4的曝光点位置关系保持不变。

所述服装挂架采用不透明材料制成，且所述服装挂架的外表面颜色与悬挂的服装颜色具有明显反差(悬挂的服装与所述服装挂架的交界处颜色在HSV色彩空间下与所述服装挂架外表面的颜色色差值不小于60度)。

所述服装空间参照物2包括若干标志物，所述标志物均匀分布于所述服装影像信息采集相机4的视场内没有服装的地方，以避免遮挡住所述服装影像信息采集相机4视场内的服装5，便于所述服装影像信息采集相机4对所述服装5进行影像采集；

所述标志物为大小相同的矩形或者圆形平面(如图2所示)，并面向所述服装影像信息采集相机4，以便于识别；每次相机拍摄时，各标志物的中心点位置于所述锚点6位置的相对位置关系保持不变，各标志物的中心点位置于所述服装影像信息采集相机4的曝光点位置的相对位置关系保持不变。

所有标志物的表面涂装有明显的边界线以及中心点位置标识，以便于在所述服装影像信息采集相机4拍摄的影像中准确提取标志物位置。

所述服装悬挂装置1的正面左右两侧对称的设置有两个机位(如图1所示)，对称的，所述服装悬挂装置1的背面左右两侧也设置有两个机位；

所述服装影像信息采集相机4包括四个相机，分别设置于上述四个机位上，用于拍摄所述服装5的影像；其中，服装悬挂装置1的正面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装5的正面左片影像和正面右片影像，服装悬挂装置1的背面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装5的背面左片影像和正面右片影像；

服装5同面(同在正面或者同在背面)的两个机位上的相机的曝光点间距离以及曝光点与服装5之间距离符合以下式关系：

上式中，d为可立体量测最小投影差，为预设值(该值是经验参数，约束了三维建模的精度以及可进行三维建模的范围。通俗讲，该值设定的越大则影像上可建模的范围越大，但是过大则计算出的三维坐标精度越差)；f为机位上的相机拍摄服装时相机的焦距；L为服装的厚度；B为服装同侧两个机位上相机曝光点之间的距离；D为机位上的相机曝光点与服装几何中心点之间的距离，设定公式为

μ为相机的像素尺寸，Δ为服装特征的最小尺寸，为预设值(服装特征包括了衣物重要部件(如纽扣，拉链咬齿，搭扣)、衣物材料纹理等用于判别衣物款型、用材等信息，在实际使用时，该尺寸常使用经验值设置，如大于等于1mm)；在满足上式关系条件下，服装同侧相机同步曝光获得的影像才可用于服装三维建模；

请参阅图4，图4是本发明实施例中相机视场与标志物的关系的俯视图，图4中的相机拍摄角度进行了适当旋转，在实际拍摄过程中，也可以根据需要对拍摄角度进行调整；服装5同侧的相机视场间采集的标志物大于或者等于4个。

四个机位上分别安置四个曝光参数(焦距、分辨率、画幅、曝光速度)相同的相机，通过同步曝光装置，在同时间触发四个相机快门，进行同步曝光拍摄服装的正面与背面影像；或者，服装影像信息采集机位可采用单相机分别在四个曝光位以相同的曝光参数，通过快门触发装置进行服装影像信息采集。

所述服装影像光源3有两个(如图1所示)，均为匀光光源，分别设置于所述服装悬挂装置1两侧，且朝向所述服装悬挂装置1，位于所述服装影像信息采集相机4的视场外，为服装5打光。

所述服装影像光源3具有数字控制色温色调功能，在拍摄多材质拼接服装时，通过调节所述服装影像光源3的色温与色调，提升所述多材质拼接服装的各材质间在影像上的反差。

所述服装影像信息采集相机4采集的所述服装5和服装空间参照物2的影像包括：所述服装5的正面左片影像和正面右片影像，所述服装5的背面左片影像和背面右片影像；

请参阅图5，图5是本发明实施例中计算服装可测量三维模型的流程示意图；所述处理器，根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装5的可量测三维模型；具体包括以下步骤：

S101：分别识别正面左片影像、正面右片影像、背面左片影像和背面右片影像上的标志物(目前行业内对标志物识别定位的方法很多，如可人工手动标识，也可通过算法进行提取，如哈里斯特征提取，edge提取等等，此处对标识物的识别方法不做限定)，并计算各标志物中心点位置在对应影像上的像平面坐标；

S102：采用共线方程与后方交会法，根据对应影像上识别出的各标志物的像平面坐标及其三维坐标，计算对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标；其中，标志物的三维坐标通过预先测量得到；

S103：使用色彩梯度分割方法在所述服装的正面左片影像和正面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像；分别在所述服装的背面左片影像和背面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像；

S104：使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标(分别在仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像上的像平面坐标)；

使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标(分别在仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像上的像平面坐标)；

S105：采用共线方程与前方交会方法，根据同名点的像平面坐标、所述的对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标，计算得到服装上同名点以锚点为原点的三维坐标；

S106：以服装上的三维同名点为顶点构建三角网；

S107：将构建的三角网中任意三角面的三个顶点在服装同面左右两片影像上对应的同名点在影像上组成的三角形内包含的影像切片投影到三角网上相应的三角面上，从而得到服装的可测量三维模型。

计算时，服装正面的左右片影像和背面的左右片影像分开计算(采用上述S101～S107步骤)，分别得到服装的正面可测量三维模型及背面可测量三维模型。

其中，步骤S102与S105中使用的共线方程如下式所示：

上式中，(x₀，y₀)、f为影像的内方位元素，为已知数；(x_c，y_c)为像平面空间任意点坐标；a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、a₃、b₃、c₃为影像曝光时刻的姿态参数(φ，ω，κ)的余弦化参数；(X_C，Y_C，Z_C)为像平面空间点对应在以锚点为原点的三维空间下的坐标；(X₀，Y₀，Z₀)为影像曝光点在以锚点为原点的三维空间下的坐标；具体的如下：

在步骤S102中后方交会时，将标志物中心点三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)以及标志物在相机捕捉影像上的像平面坐标(x_i，y_i)分别带入共线方程中的(X_C，Y_C，Z_C)与(x_c，y_c)中，并通过泰勒级数一阶展开共线方程为线性方程式，通过代入若干标志物三维坐标与像平面坐标，可联立线性方程组并通过最小二乘法求解影像曝光时刻的姿态参数(φ，ω，κ)与影像曝光点在以锚点为原点的三维空间下的坐标(X₀，Y₀，Z₀)；其中，i为影像中识别出的标志物的序号。

在步骤S105中前方交会时，使用后方交会求解出的影像曝光时刻的姿态参数(φ，ω，κ)与影像曝光点在以锚点为原点的三维空间下的坐标(X₀，Y₀，Z₀)，以及服装上任意点在像平面坐标(x_c，y_c)为已知数带入共线方程，通过泰勒级数一阶展开共线方程为线性方程式，可联立线性方程组，通过服装上任意点在服装同面相机上左片影像的像平面坐标值(x_cl，y_cl)与右片影像的像平面坐标值(x_cr，y_cr)，可得到该点对应在以锚点为原点的三维空间下的坐标(X_C，Y_C，Z_C)。

本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案在标准化环境中进行服装全方位的观测，可以实现自动化服装三维模型的建立，在采集服装影像信息后可准确的量测服装各类尺寸和比例，并保存了相应位置的图像纹理信息，以便于对服装的材质信息进行分类录入。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于，包括：服装悬挂装置、服装空间参照物、服装影像光源、服装影像信息采集相机和处理器；

所述服装悬挂装置与地面相对固定安装，所述服装影像光源固定安装于所述服装悬挂装置的侧面，所述服装影像信息采集相机固定安装于所述服装悬挂装置正面和背面预先设置的机位上，所述服装空间参照物均匀设置于所述服装悬挂装置的周围；所述服装影像信息采集相机与所述处理器电性连接；

所述服装悬挂装置，用于悬挂待采集影像信息的服装；

所述服装影像光源，用于为所述服装打光，所述服装影像光源有两个，均为匀光光源，分别设置于所述服装悬挂装置两侧，且朝向所述服装悬挂装置，位于所述服装影像信息采集相机的视场外；

所述服装空间参照物均匀分布于所述服装影像信息采集相机的视场内没有服装的地方；

所述服装影像信息采集相机用于采集所述服装和服装空间参照物的影像，并将采集的所述服装和服装空间参照物的影像发送至所述处理器；

所述处理器，用于根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装的可量测三维模型；

其中，服装同面的两个机位上的相机的曝光点间距离以及曝光点与服装之间距离符合以下式关系：

上式中，d为可立体量测最小投影差，为预设值；f为机位上的相机拍摄服装时相机的焦距；L为服装的厚度；B为服装同侧两个机位上相机曝光点之间的距离；D为机位上的相机曝光点与服装几何中心点之间的距离，设定公式为

μ为相机的像素尺寸，Δ为服装特征的最小尺寸，为预设值。

2.如权利要求1所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：所述服装悬挂装置为服装挂架，服装悬挂于所述服装挂架上，且保持服装的关键特征点自然展开不受遮挡；在所述服装挂架上，设置有锚点。

3.如权利要求1所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：所述服装空间参照物包括若干标志物，所述标志物均匀分布于所述服装影像信息采集相机的视场内没有服装的地方。

4.如权利要求1所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：所述服装悬挂装置的正面左右两侧对称的设置有两个机位，对称的，所述服装悬挂装置的背面左右两侧也设置有两个机位；

所述服装影像信息采集相机包括四个相机，分别设置于四个机位上，用于拍摄所述服装的影像信息；其中，服装悬挂装置的正面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装的正面左片影像和正面右片影像，服装悬挂装置的背面左右两侧的机位上设置的相机分别用于拍摄所述服装的背面左片影像和正面右片影像。

5.如权利要求1所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：服装同侧的相机视场间采集的标志物大于或者等于4个。

6.如权利要求5所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：所述服装影像信息采集相机采集的所述服装和服装空间参照物的影像包括：所述服装的正面左片影像和正面右片影像，所述服装的背面左片影像和背面右片影像；所述处理器，根据所述服装和服装空间参照物的影像，计算得到所述服装的可量测三维模型；具体包括以下步骤：

S101：分别识别正面左片影像、正面右片影像、背面左片影像和背面右片影像上的标志物，并计算各标志物中心点位置在对应影像上的像平面坐标；

S102：采用共线方程与后方交会法，根据对应影像上识别出的各标志物的像平面坐标及其三维坐标，计算对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标；

S103：使用色彩梯度分割方法在所述服装的正面左片影像和正面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像；分别在所述服装的背面左片影像和背面右片影像中分割出服装，得到仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像；

S104：使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的正面左片影像和仅包含服装的正面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标；

使用图像特征密集匹配方法计算仅包含服装的背面左片影像和仅包含服装的背面右片影像上的同名点以及同名点的像平面坐标；

S105：采用共线方程与前方交会方法，根据同名点的像平面坐标、所述的对应影像在曝光时刻的姿态参数，内方位元素以及以锚点为原点的影像曝光点的精确空间三维坐标，计算得到服装上同名点以锚点为原点的三维坐标；

S106：以服装上的三维同名点为顶点构建三角网；

S107：将构建的三角网中任意三角面的三个顶点在服装同面左右两片影像上对应的同名点在影像上组成的三角形内包含的影像切片投影到三角网上相应的三角面上，从而得到服装的可测量三维模型。

7.如权利要求6所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：步骤S101中，通过人工手动标识、哈里斯特征提取算法或者edge提取算法中的任意一种方法识别各影像上的标志物。

8.如权利要求6所述的一种基于摄影测量的服装信息采集系统，其特征在于：步骤S102中，标志物的三维坐标通过预先测量得到。

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