CN115187652B

CN115187652B - 一种基于人体图像的身高测量方法及装置

Info

Publication number: CN115187652B
Application number: CN202210839629.XA
Authority: CN
Inventors: 丁川; 魏娟; 邝瑰琦
Original assignee: Wuhan Tesley Information Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Tesley Information Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2024-07-09
Anticipated expiration: 2042-07-18
Also published as: CN115187652A

Abstract

本发明提出一种基于人体图像的身高测量方法及装置，属于计算机视觉技术领域，所述方法包括：将相机光轴对准取景框中的人体轮廓中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸；根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离；所述参照物所在平面为垂直于相机光轴且经过参照物中心点的平面；根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高。本发明通过拍摄人体图像，结合身高和脚长比例计算出被测者实际身高，可以提高身高测量精度，便捷性高，适用于基于移动终端的自助身高测量和远程体检时的身高测量等应用场景。

Description

一种基于人体图像的身高测量方法及装置

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于人体图像的身高测量方法及装置。

背景技术

目前的人体身高测量方法主要依赖于各类身高测量器械，受测量条件限制，在没有这些身高测量器械时身高测量往往不方便且不准确。现有技术中也出现了基于机器视觉的身高测量方法，比如通过双目视觉机获取场景的深度图像，确定深度图像中的人体目标，基于人体目标从头顶到脚底的实际三维坐标的空间距离来确定人体的身高，其在一定程度上提高了身高测量准确度，但是成本较高且算法处理复杂度高，耗时长。

虽然也有一些基于单目视觉的身高测量方法，但是基本都是计算目标图像中被测者的头顶到脚部在图像中的坐标，再结合相机内外参数换算得到身高，但是此种方式对拍摄角度要求较高，且从被测者正面拍摄时一般忽略了图像中人体脚长的影响，此时仅通过目标图像计算出的被测者的脚部位置坐标很难准确描述被测者脚底的实际位置，会带来较大的测量误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于人体图像的身高测量方法及装置，用于解决基于机器视觉进行身高测量时测量误差较大的问题。

本发明第一方面，公开一种基于人体图像的身高测量方法，所述方法包括：

将相机光轴对准取景框中的人体中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸；

根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离；所述参照物所在平面为垂直于相机光轴且经过参照物中心点的平面；

根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述取景框中的人体中心点为对相机的取景框中的人体轮廓进行跟踪检测并计算人体轮廓的中心点得到；

所述参照物尺寸为被测者的瞳距或人体图像中已知的物体尺寸。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离具体包括：

获取人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度所占像素点个数n；

获取参照物尺寸占像素点个数k；

计算被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上对应的投影距离H，，s为参照物尺寸。

在以上技术方案的基础上，优选的，在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高具体包括：

根据投影距离H和相机参数计算相机光心到参照物所在平面的距离d；

根据投影距离H和相机光心到参照物所在平面的距离d计算相机光轴与相机原点和被测者头顶或脚尖的连线之间的夹角β；

根据身高h和脚长的比例设置脚长系数x，根据相机拍摄时的姿态角α、投影距离H、相机光心到参照物所在平面的距离d和夹角β计算被测者身高。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述相机光心到参照物所在平面的距离为， f为相机镜头的实际焦距，n为目标图像中被测者的头顶至脚尖的长度所占的像素点个数，μ为相机图像传感器的像元尺寸；

相机光轴与相机光心和被测者头顶或脚尖的连线之间的夹角。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据身高h和脚长的比例设置脚长系数x，根据相机拍摄时的姿态角α、投影距离H、相机光心到参照物所在平面的距离d和夹角β计算被测者身高具体包括：

根据相机拍摄时的姿态角α和夹角β计算被测者头顶与相机光心在垂直方向上的高度差h1；

计算相机光心与被测者脚尖连线的延长线与被测者头顶到地面垂线的延长线的交点与相机光心在垂直方向上的高度差L2；

计算被测者头顶到地面的垂线与被测者脚尖的水平距离L3，，其中x为预设的脚长系数，h为身高，l为身高和脚长的比值；

计算相机光心与被测者脚尖连线的延长线与被测者头顶到地面垂线的延长线的交点与地面在垂直方向上的高度差h2；

计算被测者身高h：。

在以上技术方案的基础上，优选的，被测者身高测量公式为：

其中。

本发明第二方面，公开一种基于人体图像的身高测量装置，所述装置包括：

数据获取模块：用于将相机光轴对准取景框中的人体中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸；

投影计算模块：用于根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离；所述参照物所在平面为垂直于相机光轴且经过参照物中心点的平面；

身高计算模块：用于根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高。

本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1）本发明采集被测者人体图像，结合相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸，计算被测者的头顶至脚尖的长度对应的投影距离，结合身高和脚长比例换算出被测者实际身高测量值，实现基于人体图像的身高识别，由于考虑到了脚长对基于图像识别的身高测量的影响，可以提高身高测量精度；

2）本发明基于移动终端上的单目相机即可实现身高的准确测量，不需要依赖专用身高测量设备和复杂测量算法，提高了身高测量的便捷性，可适用于基于移动终端的自助身高测量和远程体检时的身高测量等应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于人体图像的身高测量方法方法流程示意图；

图2为α>β时的身高计算原理示意图；

图3为α<β时的身高计算原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提出一种基于人体图像的身高测量方法，所述方法包括：

S1、实时获取相机的取景框中的图像，提取图像中的人体轮廓并在取景框中实时绘制人体轮廓的中心点作为准星。

本发明可通过移动终端或单目相机获取被测者的目标图像，也可以是各类智能手机、平板等带有单目或多目相机的终端设备。

使用相机拍摄人体图像进行身高测量之前，先通过图像识别的方式识别相机的取景框中的人体目标，然后进行边缘检测，得到完整的人体轮廓，根据人体轮廓位置计算取景框中人体轮廓的中心点，然后在相机的取景框中实时绘制人体轮廓的中心点位置，将该中心点作为人体图像拍摄的准心，人体轮廓的中心点是通过图像识别算法去自动绘制的，只有检测到完整的人体轮廓时才跟踪绘制准星。相对于屏幕坐标系来说，人体中心点的横坐标在体宽的1/2点处，纵坐标在身高的1/2点处。

S2、将相机光轴对准取景框中的人体轮廓中心点并拍摄一张原始分辨率的人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸。

当使用智能手机、平板等移动终端时，拍摄者应尽量使移动终端正对被测者以使移动终端的翻滚角为0，通过移动终端内置的传感器采集拍摄时移动终端的姿态角。拍照时，控制拍摄者拿手机的高度，可保持手机与被测者面部/颈部同高，且要求被测者脚后跟紧贴墙壁、双脚并拢。

拍摄者拍摄人体图像时将相机光轴对准取景框上绘制的准星，使二者重合，此时人体在图像传感器的成像平面上，头顶离取景框的上边缘和脚尖离取景框的下边缘的距离相同，这样才能使相机光心与头顶、脚尖在参照物所在平面上形成等腰三角形，以采用本发明提出的方法进行身高测量。

参照物可以是被测者的瞳距或目标图像中已知尺寸的物体。比如一些智能手机有多个摄像头，可在拍摄被测者图像时可同时测量出被测者的瞳距，不需要另外获取，一般成年男性的瞳距在60毫米～73毫米之间，成年女性的瞳距在55毫米～68毫米之间。如果无法测得瞳距可以使用已知尺寸的物体作为参照物，拍摄时被测者手持参照物拍摄。由于采用手持参照物的拍摄方式时，参照物离身体的远近不同时将影响图像中像素和实际尺寸换算，因此本发明以参照物所在平面为依据进行身高测算。

本实施例以瞳距为参照物进行身高测量，如图2、图3所示分别为不同拍摄角度下的身高计算原理示意图，O为相机光心，以相机光心O为原点，以水平方向为X轴，以竖直方向为Z轴，以垂直于纸面方向为Y轴建立相机坐标系，设相机光轴与水平面的夹角为α，被测者头顶为A点，脚尖为G点，A点在地面上的正投影点为E点。F为穿过A点的竖直线与OG延长线的交点，D为穿过O点的水平线与AE的交点。

S3、根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离。

该参照物所在平面为垂直于相机光轴且经过参照物中心点的平面，瞳距的中心点为两只眼睛的中点。

如图2、3所示，AG为被测者的头顶至脚尖的长度，穿过A点绘制一条与相机光轴垂直的线，此时，这条直线与相机光轴相交于C点，与OG相交于B点。根据等腰直角三角形原理，OA=OB，CA=CB，OC⊥AB。∠COD为相机光轴与水平线的夹角，用∠α表示。

AG为被测者头顶至脚尖的长度，由于拍摄时对准了准星，AG在参照物（瞳距）所在平面上对应的投影距离几乎等于AB。本发明将AB作为为AG在参照物所在平面上的投影距离。

获取人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度所占像素点个数n以及参照物尺寸占像素点个数k，设参照物尺寸为s，被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上对应的投影距离AB，用H表示：

S4、根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高。

步骤S4具体包括如下计算过程：

S41、根据投影距离H和相机参数计算相机光心O至参照物所在平面的距离OC，用d表示：

f为相机镜头的实际焦距，n为目标图像中被测者的头顶至脚尖的长度所占的像素点个数，μ为相机图像传感器的像元尺寸。

S42、计算相机光轴与相机光心O和被测者头顶A或脚尖G的连线（OA或OG）之间的夹角，即∠COA或∠COB，记夹角大小为β：

当拍摄时相机光心O高于被测者头顶A时，α>β，图2为α>β时的身高计算原理示意图；当相机光心O低于被测者头顶A时，α<β，图3为α<β时的身高计算原理示意图；这两种情况下身高计算方式略有不同。

S43、计算被测者头顶A与相机光心O在垂直方向上的高度差AD，用h1表示：

S44、计算相机光心O到被测者头顶与地面的垂线AE的距离OD，用L1表示：

S45、计算相机光心O与被测者脚尖G连线的延长线与被测者头顶A到地面垂线的延长线的交点F与相机光心O在垂直方向上的高度差DF，用L2表示：

S46、计算被测者头顶A到地面的垂线与被测者脚尖G的水平距离EG，用L3表示：

其中x为预设的脚长系数，h为身高，l为身高和脚长的比值。

身高与脚长的比例一般为7：1，统计调查数据一般在6.75~6.85之间，设 l为身高和脚长的比值，。实际拍摄时，可保持手机与被测者面部/颈部同高，此时10°<α<25°，以控制脚长系数x的取值范围，脚长系数x的值可根据多组实验测得的身高h、俯仰角α、身高和脚长的比值l的样本数据通过最小二乘法拟合计算得到。

S47、为相机光心O与被测者脚尖G连线的延长线与被测者头顶A到地面垂线的延长线的交点F与地面在垂直方向上的高度差EF，用h2表示：

S48、计算被测者身高AE，用h表示：

综合上述公式，被测者身高测量公式为：

其中。

本发明基于移动终端采集被测者人体图像，结合身高和脚长比例设置脚长系数，进而换算出被测者实际身高测量值，实现基于人体图像的身高识别，可以减少因忽略人体脚长的带来的身高测量误差，实现身高的准确测量，不需要依赖专用身高测量设备和复杂测量算法，提高了身高测量的便捷性，可适用于基于移动终端的自助身高测量和远程体检时的身高测量。

下面以iphone12 ProMax手机为例说明本发发明的身高测量过程。iphone12proMax的相关参数如下：主摄像头1200W像素，CMOS对角线尺寸1/1.87inch，面积35.16mm²、等效焦距26mm、F/1.6光圈、像素尺寸1.7微米、分辨率3024px×4032px=5140.8*6854.4µm=5.1408*6.8544mm，对角线长8.568mm。

根据等效焦距计算实际焦距=26mm/(43.26661531/8.568)=5.148727221mm。

某个被测者实际测得瞳距k=55.75mm，相机拍摄其人体图像时相机光轴与水平线的夹角α=23.356623°。

根据被测者在人体图像中的瞳距与头顶至脚尖的像素长度的比例可推算出被测者头顶至脚尖的长度在参照物所在平面的投影距离H=1185.613472mm。

计算相机光心O至参照物所在平面的距离d：

根据三角函数推算出：

比较可知α<β，

取x=0.2535，l=6.7，将以上参数值代入身高h的测量值的计算公式：

通过以上实例可知，本发明的身高测量方式即可实现身高的快速、准确测量。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种基于人体图像的身高测量装置，所述装置包括：

数据获取模块：用于将相机光心对准取景框中的人体中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及参照物尺寸；

以上系统实施例和方法实施例是一一对应的，系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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

1.一种基于人体图像的身高测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将相机光轴对准取景框中的人体轮廓中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及图像中的参照物尺寸；

根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高；

所述根据相机拍摄时的姿态角和被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离，通过几何计算推导被测者身高具体包括：

根据身高h和脚长的比例设置脚长系数x，根据相机拍摄时的姿态角α、投影距离H、相机光心到参照物所在平面的距离d和夹角β计算被测者身高；

所述根据身高h和脚长的比例设置脚长系数x，根据相机拍摄时的姿态角α、投影距离H、相机光心到参照物所在平面的距离d和夹角β计算被测者身高具体包括：

计算被测者头顶到地面的垂线与被测者脚尖的水平距离L3，其中x为预设的脚长系数，h为身高，l为身高和脚长的比值；

计算被测者身高h：

2.根据权利要求1所述的基于人体图像的身高测量方法，其特征在于，所述取景框中的人体中心点为对相机的取景框中的人体轮廓进行跟踪检测并计算人体轮廓的中心点得到；

3.根据权利要求2所述的基于人体图像的身高测量方法，其特征在于，所述根据参照物尺寸计算人体图像中被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上的投影距离具体包括：

获取参照物尺寸占像素点个数k；

计算被测者的头顶至脚尖的长度在参照物所在平面上对应的投影距离H，s为参照物尺寸。

4.根据权利要求3所述的基于人体图像的身高测量方法，其特征在于，所述相机光心到参照物所在平面的距离为f为相机镜头的实际焦距，n为目标图像中被测者的头顶至脚尖的长度所占的像素点个数，μ为相机图像传感器的像元尺寸；

相机光轴与相机光心和被测者头顶或脚尖的连线之间的夹角为

5.根据权利要求3所述的基于人体图像的身高测量方法，其特征在于，被测者身高测量公式为：

其中x∈(0，1)。

6.使用权利要求1～5任一项所述方法的一种基于人体图像的身高测量装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块：用于将相机光轴对准取景框中的人体轮廓中心点并拍摄一张人体图像，记录相机拍摄时的姿态角以及图像中的参照物尺寸；

7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如权利要求1～5任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现如权利要求1～5任一项所述的方法。