基于激光扫描的脚型测量系统设计及应用

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liu_kun
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人体测量学是一门使用测量及观察的方法对人类体质特征状况进行描述的科学,其方法、数据可用于建立国民体型的原型、评价儿童至成人的体质及生长发育等。脚型测量是人体测量学的重要组成部分,其测量结果是国民脚型调查、个性化选鞋与制鞋的基础,对于建立全民脚型数据库和制定选鞋、制鞋标准等具有重要的意义。   针对脚型参数的低成本高可靠性自动测量问题,研制了一种新型的基于激光扫描的脚型测量系统,其主要由线结构激光源、CMOS摄像头、扫描机构及其控制软件组成。该系统通过双摄像头采集足面轮廓的激光扫描图像,利用扫描仪扫描足底图像,再运用图像处理技术重建脚型和计算脚型参数,其成本低廉,可实现脚型参数的自动一体化测量。本论文的主要研究内容如下:   1.通过分析脚型测量系统的功能需求,提出了一种新型脚型测量系统的设计方案。本论文介绍了系统的硬件组成以及工作原理,并详细阐述了软件部分的功能模块和界面UI设计。   2.详细分析和介绍了系统实现的关键技术,其中包含以下四个方面:   (1)摄像头标定。采用基于OpenCV算法的两步标定法对摄像头的内参数进行标定。   (2)足底图像处理。运用最小面积外接矩形法对足底图像进行旋正、采用最大方差分割法和形态学方法对足底图像进行阈值分割和滤波去噪等处理,计算获取足长、足宽等足底脚型参数。   (3)足面图像处理。采用最大方差分割法和形态学方法等对足面图像光带进行预处理、运用灰度重心法对图像光带进行骨架提取、利用基准线和成像原理对双摄像头图像进行转换融合处理,计算获得跖趾高、足弓围长等足面脚型参数。   (4)足跟的拟合修复。采用最小二乘拟合曲线的方法,对足跟部位的盲区部分进行拟合修复。   3.通过脚型数据的采集以及统计分析方法和误差校正方法的运用,分别实现了脚型参数测量可靠性的验证和测量误差的校正。实验结果表明,该脚型测量系统具有很好的可靠性和精度,满足脚型测量的需求。   4.研究分析了脚型测量系统在脚型分类和个性化制鞋上的应用。研究结果表明,该系统在脚型分类上具有较高的分类识别率,其测量获得的脚型参数通过脚型数据库进行存档,为个性化制鞋提供了很好的数据支持。
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