TWI488071B - 非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法 - Google Patents

Description

非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法

本發明係涉及一種三度空間人體資料擷取技術，特別是指一種整合深度攝影機影像擷取技術與特徵演算技術所構成之創新非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法設計者。

按，拜現今科技進步所賜，相關業界已可藉由三度空間人體掃描儀直接取得人體相關尺寸，以精準建構人體資料供應用於相關領域(如人因工程)。

然而，所述三度空間人體掃描儀就目前而言，仍屬於相當昂貴、設置成本過高的設備，其使用上不僅存在體積龐大佔空間、不具靈活移動性、維修成本高等問題，且受測者必須穿著緊身衣並在其身體的多處部位貼上標記點(亦即須接觸使用者身體)，才能進行掃描作業，如此一來，造成此種習知人體尺寸測量方法仍舊存在成本過高、設備欠缺靈活移動性、作業時間太過冗長欠缺效率、誤差率高等問題與缺弊，以致此種習知人體尺寸測量方法目前僅限於少數專業人員以及少數受測者使用而已，仍舊難以普及於大眾，且其應用面也因此受到侷限。

是以，針對上述習知人體尺寸測量方法與硬體結構所存在之問題點，如何研發出一種能夠更具理想實用性之創新構造，實使用者所企盼，亦係相關業界須再加以思索突破之目標及方向。

有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎 評估後，終得一確具實用性之本發明。

本創作之主要目的，係在提供一種非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法，其所欲解決之技術問題，係針對如何研發出一種更具理想實用性之新式三度空間人體資料擷取技術為目標加以思索創新突破。

本發明解決問題之技術特點，主要係提供一非接觸式三度空間人體資料擷取系統，係包括：一深度攝影機(Kinect)，藉以擷取一受測者的靜態人體之正面及背面深度影像資料；一特徵演算處理器，與深度攝影機電性連接，以接收該深度攝影機所擷取的深度影像資料並進行後續處理，該特徵演算處理器包括：一人體深度資料分析模組，係藉以將三度空間的人體正、背面影像深度影像資料依三度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排列順序搜尋出各座標的數列變化，將變化轉折點作為特徵點的位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點；一人體尺寸測量模組，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸；一三度空間特徵擷取模組，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列，接著根據各切面輪廓點資料的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型。

本發明解決問題之另一技術特點，係提供一非接觸式三度空間人體資料擷取方法，係包括：藉由一深度攝影手段擷取一受測者的靜態人體之正面及背面深度影像資料；通過一特徵演算手段以對所述深度影像資料進行後續處理，該特徵演算手段係包括：人體深度資料分析步驟，係藉以將三度空間的人體正、背面深度影像資料依三 度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排列順序搜尋出各座標的數列變化，將變化轉折點作為特徵點位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點；人體尺寸測量步驟，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸；三度空間人體模型重建步驟，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列，接著根據各切面輪廓點資料的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型。

本發明之主要效果與優點，係能夠在非接觸人體或遠距作業狀態前提下，通過該深度攝影機與手段擷取數列影像，加上該特徵演算處理器與手段之演算過程，進以快速輕易地取得人體重要的特徵影像資料，完成三度空間人體重建模型分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用，本發明能夠讓人體資料擷取作業達到成本大幅降低、設備具靈活移動性、作業效率高且誤差率低等優點與實用進步性。

05‧‧‧受測者

10‧‧‧深度攝影機

11‧‧‧正面深度影像資料

12‧‧‧背面深度影像資料

13‧‧‧切面輪廓點資料

14‧‧‧人體模型

20‧‧‧特徵演算處理器

21‧‧‧人體深度資料分析模組

22‧‧‧人體尺寸測量模組

23‧‧‧三度空間特徵擷取模組

30‧‧‧深度攝影手段

40‧‧‧特徵演算手段

41‧‧‧人體深度資料分析步驟

42‧‧‧人體尺寸測量步驟

43‧‧‧三度空間人體模型重建步驟

B1‧‧‧頭頂點

B2‧‧‧頭部點

B3‧‧‧頸部點

B4‧‧‧肩部點

B5‧‧‧外側手腕點

B6‧‧‧胸部點

B7‧‧‧腰部點

B8‧‧‧臀部點

B9‧‧‧上臂點

B10‧‧‧手腕點

B11‧‧‧大腿外側點

B12‧‧‧胯下點

B13‧‧‧膝蓋點

B14‧‧‧足踝點

B15‧‧‧足底點

C1‧‧‧頭圍

C2‧‧‧頸圍

C3‧‧‧肩周長

C4‧‧‧胸圍

C5‧‧‧腰圍

C6‧‧‧臀圍

C7‧‧‧大腿圍

C8‧‧‧膝圍

C9‧‧‧足踝圍

C10‧‧‧上臂圍

C11‧‧‧手腕周長

C12‧‧‧手周長

第1圖係本發明系統較佳實施例之立體圖。

第2圖係本發明之擷取至特徵演算處理步驟示意圖一。

第3圖係本發明之擷取至特徵演算處理步驟示意圖二。

第4圖係本發明之擷取至特徵演算處理步驟示意圖三。

第5圖係本發明之方法步驟文字方塊圖。

第6圖係本發明之技術可配合擴增實境虛擬試穿軟體技術發展成為虛擬網路試衣之應用狀態示意圖。

請參閱第1、2圖所示，係本發明非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制；首先就系統面而言，所述非接觸式三度空間人體資料擷取系統A係包括下述構成：一深度攝影機10(Kinect)，藉以擷取一受測者05的靜態人體之正面深度影像資料11及背面深度影像資料12(如第2圖所示)；一特徵演算處理器20，與深度攝影機10電性連接(註：不限於有線或無線之訊號傳輸狀態)，以接收該深度攝影機10所擷取的正、背面深度影像資料11、12並進行後續處理，該特徵演算處理器20包括：一人體深度資料分析模組21，係藉以將三度空間的人體正、背面深度影像資料11、12依三度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排列順序搜尋出各座標的數列變化(例如當座標數列由遞增數列變為遞減數列，或是由遞減數列變為遞增數列時)，將變化轉折點作為特徵點的位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點(如第2圖所示)；一人體尺寸測量模組22，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸(如第4圖所示)；一三度空間特徵擷取模組23，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列(以取代原先依人體剖面排列方式)，接著根據各切面輪廓點資料13(如第 3圖所示)的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型14(如第4圖所示)。

藉由上述非接觸式三度空間人體資料擷取系統設計與技術特徵，得以在非接觸人體或遠距作業狀態下，通過該深度攝影機10擷取深度影像以及特徵演算處理器20之演算過程，快速且輕易取得人體重要的特徵影像資料，完成三度空間人體分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用者。

如第2圖所示，其中藉由該人體深度資料分析模組21所擷取的人體輪廓關鍵特徵點係可包括：頭頂點B1、頭部點B2、頸部點B3、肩部點B4、外側手腕點B5、胸部點B6、腰部點B7、臀部點B8、上臂點B9、手腕點B10、大腿外側點B11、胯下點B12、膝蓋點B13、足踝點B14、足底點B15。

如第4圖所示，其中藉由人體尺寸測量模組所取得之人體重要特徵尺寸係可包括：頭圍C1、頸圍C2、肩周長C3、胸圍C4、腰圍C5、臀圍C6、大腿圍C7、膝圍C8、足踝圍C9、上臂圍C10、手腕周長C11、手周長C12等特徵尺寸。

接著，本發明就方法面而言，該非接觸式三度空間人體資料擷取方法係包括：(請參第5圖所示)藉由一深度攝影手段30擷取一受測者的靜態人體之正面及背面深度影像資料；通過一特徵演算手段40以對所述深度影像資料進行後續處理，該特徵演算手段係包括：人體深度資料分析步驟41，係藉以將三度空間的人體正、背面深度影像資料依三度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排 列順序搜尋出各座標的數列變化(例如當座標數列由遞增數列變為遞減數列，或是由遞減數列變為遞增數列)，將變化轉折點作為特徵點的位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點(配合參第2圖所示)；人體尺寸測量步驟42，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸(配合參第4圖所示)；三度空間人體模型重建步驟43，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列(以取代原先依人體剖面排列方式)，接著根據各切面輪廓點資料13(配合參第4圖所示)的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型14(配合參第4圖所示)。

藉此，得以在非接觸人體或遠距作業狀態下，通過該深度攝影手段40擷取深度影像以及特徵演算手段40之演算過程，快速且輕易取得人體重要的特徵影像資料，完成三度空間人體重建模型分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用者。

其中，該人體深度資料分析步驟41中，係能夠通過x軸座標數列的變化(如遞增、遞減)，找到介於頭頂、手腕、腋下、胯下、足底的點資料；並能夠通過y軸座標數列的遞增、遞減變化，可找到介於頭部、頸部、手部、胯下、腰部的點資料。

其中，該人體深度資料分析步驟41中，係能夠通過各座標數列的變化(如遞增、遞減)，找到人體全身上下包括頭頂點B1、頭部點B2、頸部點B3、肩部點B4、 外側手腕點B5、胸部點B6、腰部點B7、臀部點B8、上臂點B9、手腕點B10、大腿外側點B11、胯下點B12、膝蓋點B13、足踝點B14、足底點B15等點資料。(參第2圖所示)

其中，該人體尺寸測量步驟43所取得之人體重要特徵尺寸係包括：頭圍C1、頸圍C2、肩周長C3、胸圍C4、腰圍C5、臀圍C6、大腿圍C7、膝圍C8、足踝圍C9、上臂圍C10、手腕周長C11、手周長C12等特徵尺寸。(參第4圖所示)

本發明中所提到的深度攝影機10(Kinect)，是目前已經存在於市面上的一種攝影機，此種深度攝影機通常可以同時擷取三種東西，分別是彩色影像、3D深度影像以及聲音訊號；其機身通常設有3顆鏡頭，中間的鏡頭是一般常見的RGB彩色攝影機，左右兩邊鏡頭則分別為紅外線發射器和紅外線CMOS攝影機所構成的3D深度感應器，而目前此種深度攝影機通常是用於電子遊戲，功能是偵測玩家的動作；應用於本發明所揭人體資料擷取領域中則是首見。

本發明所揭「非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法」就實際應用面而言，可包括下述：

1、網拍服飾：透過本發明分析人體深度資料並獲得相關尺寸之功能，俾可應用於網路服飾的挑選，例如各種衣物商品款式、顏色、尺寸的挑選，若進一步配合現有擴增實境虛擬試穿軟體技術(參第6圖所示)，可發展成為虛擬網路試衣(virtual fitting)，如此可開拓網拍服飾的行銷管道；另一方面，本發明以非接觸式攝影技術擷取人體尺寸，可進一步分析人體體型，有助於服裝製造的成衣尺碼分類等應用。

2、服裝設計：透過本發明分析人體深度資料並獲得相關尺寸之功能，可將所獲得的人體尺寸數據提供作為服 裝設計業界的參考，幫助服裝產業、網拍服飾、流行時尚產業等生產適合個人體型特徵的產品；此外，透過非接觸式人體尺寸擷取技術，將有利於建立人體計測資料庫，更有助於相關產品評估、人因工程的進行，幫助裁縫設計師、服裝製造業進行相關產品設計、服裝設計。

3、國家研究機構：本發明所揭非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法，更可用於蒐集全國的人體計測資料，除了可幫助相關單位快速建立龐大且精準的人體計測資料庫、服裝尺碼系統之外，亦可藉由擴增實境虛擬試穿系統，分析了解民眾對於服飾的偏好趨勢，以及在不同年齡、性別的分佈狀況。

本發明之優點：

本發明所揭「非接觸式三度空間人體資料擷取系統及方法」係能夠在非接觸人體或遠距作業狀態前提下，通過該深度攝影機與手段擷取深度影像，加上該特徵演算處理器與手段之演算過程，進以快速輕易地取得人體重要的特徵資料，完成三度空間的人體重建模型分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用；本發明之創新技術可徹底改善排除習知人體掃描儀設備太過昂貴、不具移動性、維護不易等因素，同時可免去習知預貼標記點的耗時方式，達成一種「非接觸式」三度空間人體資料擷取系統及方法；且經申請人實際反覆施作證明，本發明可擷取人體特徵以獲得精準的人體尺寸，不但減少人為誤差，也加快了量測時間的效率，因此本發明之創新技術，確可解決相關人體計測資料建構的人力與成本問題，藉此更可具體實現廣泛性、大量的人體資料量測統計作業(如政府機關的區域性民眾體型統計)，此顯非習知技術可達成者；綜上所述，本發明確實能 夠讓人體資料擷取作業達到成本大幅降低、設備具靈活移動性、作業效率高且誤差率低等優點與實用進步性。

上述實施例所揭示者係藉以具體說明本發明，且文中雖透過特定的術語進行說明，當不能以此限定本發明之專利範圍；熟悉此項技術領域之人士當可在瞭解本發明之精神與原則後對其進行變更與修改而達到等效之目的，而此等變更與修改，皆應涵蓋於如后所述之申請專利範圍所界定範疇中。

05‧‧‧受測者

A‧‧‧非接觸式三度空間人體資料擷取系統

10‧‧‧深度攝影機

20‧‧‧特徵演算處理器

21‧‧‧人體深度資料分析模組

22‧‧‧人體尺寸測量模組

23‧‧‧三度空間特徵擷取模組

Claims (7)

1. 一種非接觸式三度空間人體資料擷取系統，包括：一深度攝影機(Kinect)，藉以擷取一受測者的靜態人體之正面及背面深度影像資料；一特徵演算處理器，與深度攝影機電性連接，以接收該深度攝影機所擷取的深度影像資料並進行後續處理，該特徵演算處理器包括：一人體深度資料分析模組，係藉以將三度空間的人體正、背面深度影像資料依三度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排列順序搜尋出各座標的數列變化，將變化轉折點作為特徵點的位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點；一人體尺寸測量模組，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸；一三度空間特徵擷取模組，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列，接著根據各切面輪廓點資料的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型；藉此，得以在非接觸人體或遠距作業狀態下，通過該深度攝影機擷取深度影像以及特徵演算處理器之演算過程，快速且輕易取得人體重要的特徵資料，完成三 度空間人體重建模型分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用者。
2. 如請求項1所述之非接觸式三度空間人體資料擷取系統，其中藉由該人體深度資料分析模組所擷取的人體輪廓關鍵特徵點係包括：頭頂點、頭部點、頸部點、肩部點、外側手腕點、胸部點、腰部點、臀部點、上臂點、手腕點、大腿外側點、胯下點、膝蓋點、足踝點、足底點。
3. 如請求項1所述之非接觸式三度空間人體資料擷取系統，其中藉由人體尺寸測量模組所取得之人體重要特徵尺寸係包括：頭圍、頸圍、肩周長、胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍、膝圍、足踝圍、上臂圍、手腕周長、手周長等特徵尺寸。
4. 一種非接觸式三度空間人體資料擷取方法，包括：藉由一深度攝影手段擷取一受測者的靜態人體之正面及背面深度影像資料；通過一特徵演算手段以對所述深度影像資料進行後續處理，該特徵演算手段係包括：人體深度資料分析步驟，係藉以將三度空間的人體正、背面深度影像資料依三度空間的座標軸分成x、y、z座標數列，復利用人體輪廓上深度點資料在各座標的排列順序搜尋出各座標的數列變化，將 變化轉折點作為特徵點的位置，擷取人體深度資料的多數個關鍵特徵點；人體尺寸測量步驟，係藉以計算所述關鍵特徵點之相關人體尺寸，再藉由曲面弧度距離計算人體圍度，以取得人體的多數個重要特徵尺寸；三度空間人體模型重建步驟，係依據校準點資料排列方式，將點資料依人體橫切面排列，接著根據各切面輪廓點資料的圍度變化，找出正、背面重疊處施以平滑處理，以重建三度空間的人體模型；藉此，得以在非接觸人體或遠距作業狀態下，通過該深度攝影手段擷取深度影像以及特徵演算手段之演算過程，快速且輕易取得人體重要的特徵資料，完成三度空間人體重建模型分析與重要特徵尺寸的建制，以便於建立各種統計資料庫提供作為分析、研究使用或應用者。
5. 如請求項4所述之非接觸式三度空間人體資料擷取方法，其中該人體深度資料分析步驟中，係能夠通過x軸座標數列的變化，找到介於頭頂、手腕、腋下、胯下、足底的點資料；並能夠通過y軸座標數列的遞增、遞減變化，可找到介於頭部、頸部、手部、胯下、腰部的點資料。
6. 如請求項4所述之非接觸式三度空間人體資料擷取方法，其中該人體深度資料分析步驟中，係能夠通過各座標數列的變化，找到人體全身上下包括頭頂點、頭 部點、頸部點、肩部點、外側手腕點、胸部點、腰部點、臀部點、上臂點、手腕點、大腿外側點、胯下點、膝蓋點、足踝點、足底等點資料。
7. 如請求項4所述之非接觸式三度空間人體資料擷取方法，其中該人體尺寸測量步驟所取得之人體重要特徵尺寸係包括：頭圍、頸圍、肩周長、胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍、膝圍、足踝圍、上臂圍、手腕周長、手周長等特徵尺寸。