Исследование возможности определения размерных признаков тела человека на основе фотограмметрического метода

Способ определения размерных признаков по фотоизображениям человека используется давно. Фотография позволяет не только ускорить антропометрические исследования, но и достоверно оценить внешние характеристики тела человека: осанку, телосложение, пропорции фигуры. Особенно удобно и перспективно на сегодняшний день использование визуализации графических образов для целей проектирования одежды на индивидуального заказчика, так как технология производства одежды, выполняемая по индивидуальным заказам промышленным способом, а так же создание гибких производств весьма эффективно в современных рыночных условиях. К сожалению, вопросам получения размерных признаков тела человека бесконтактным методом в нашей стране уделяется крайне мало внимания, хотя современные информационные технологии и технические средства позволяют производить любые вычисления [1,2].

Для получения цифрового изображения фигуры человека авторами статьи разработан макетный вариант специальной установки и специализированный программный продукт для обработки фотоснимков. На данном этапе программа определяет с достаточной точностью линейные измерения и может работать одновременно с двумя проекциями (вид спереди – вид сбоку, вид сбоку – вид сзади, вид сзади - вид спереди).

Главным условием получения достаточно точных размерных признаков по цифровой фотографии является постоянство условий съёмки и одинаковый способ обработки полученных снимков. Однако при получении цифрового изображения независимо от условий съёмки возникает искажение получаемого изображения за счёт оптических погрешностей (аберраций), присутствующих в любом оптическом приборе, в том числе и в цифровой камере.

Цель данной работы заключалась в изучении влияния погрешностей цифровой камеры, входящей в комплект специальной установки для бесконтактного обмера фигур, как факторов, значительно снижающих точность результатов и затрудняющих использование данного устройства.

Из всех существующих видов оптических погрешностей в данном случае необходимо было учесть влияние дисторсии и сферической аберрации, как наиболее значимые погрешности, непосредственно влияющие на точность вычислений [3].

Фотографирование осуществлялось с помощью камеры марки Canon А470 с диапазоном фокусировки в обычном режиме – 0,47 м, в режиме бесконечность – 3 м. Камера размещалась на штативе установки.

Многократное увеличение полученного изображения показало, что в данном случае возникающей сферической аберрацией можно пренебречь, так как формируется достаточно чёткое изображение и его границы хорошо различимы. Значительное влияние на точность получаемых результатов оказывает явление дисторсии, которое можно учесть, корректируя расчёты на величину коэффициента искажения изображения. Данный коэффициент был определён делением истинного размера изображения на соответствующий размер на фотографическом изображении с учётом масштабного коэффициента.

Зависимость коэффициента искажения изображения от расстояния между предметом и цифровой камерой при постоянном положении оптической оси устанавливалась экспериментально. Был изготовлен макет фигуры человека на рост 146 см и приспособление для изменения роста до 164 см и 182 см. При этом дополнительно корректировалось положение цифровой камеры по высоте. Для роста 146 см цифровая камера размещалась на высоте 92 см от пола, для роста 164 см – на 101см, для роста 182 см – на 110 см. При этом получаемое изображение занимало весь экран камеры. Шаг смещения штатива установки был выбран в 10 см. Результаты математической обработки 100 снимков представлены на графике (рисунок 1).

Анализ полученных кривых показал, что для роста 146 см среднее значение коэффициента изображения значительно изменяется до момента, пока расстояние между камерой и макетом не станет равным 325 см. Далее среднее значение коэффициента искажения изображения остаётся практически постоянным и равным 1,016. Для ростов 164 см и 182 см тенденция в изменении значения коэффициента искажения изображения аналогична, но его относительное постоянство предположительно можно наблюдать, когда расстояние между макетом и цифровой камерой превышает 345 см и 365 см соответственно. Как и в первом случае, с увеличением расстояния значение коэффициента стабилизирует

б

в

Рисунок 1 – Изменение коэффициента искажения изображения при увеличении расстояния: а – при росте 146см; б – при росте 164см; в – при росте 182см

Таким образом, коэффициент искажения изображения может быть учтён путём изменения только одного параметра – расстояния между макетом и цифровой камерой. Причём для фигур с низким ростом это расстояние должно быть не меньше 315 см, для фигур среднего роста – не меньше 345 см, высокого – не меньше 365 см. Однако увеличение расстояния является отрицательным фактором, так как затрудняет практическое использование установки.

Далее изучалась динамика изменения коэффициента искажения изображения при изменении расстояния между макетом и цифровой камерой с одновременным изменением высоты подъёма камеры над полом. При этом высота макета (рост человека) изменялась с шагом в 1см. Размещение получаемого изображения на экране камеры во всех опытах оставалось стабильным; изображение не доходило до верхней и нижней сторон экрана на 0,5 см (ориентиром являлись тёмные горизонтальные полосы экрана). В каждом из опытов оптическая ось смещалась соответственно перемещению центра макета.

Для каждого роста было выполнено по шесть снимков. Затем для каждого нового кадра камера возвращалась в исходное положение. Её размещение относительно центра фигуры, а также положение изображения относительно экрана настраивалось заново. Эксперимент дублировался. Результаты математической обработки 216 снимков представлены на рисунке 2.

♦ среднее значение коэффициента искажения

Рисунок 2 - Изменение среднего значения коэффициента искажения при увеличении высоты макета (роста фигуры)

Анализируя полученный график, можно сделать следующие выводы:

• -   среднее значение коэффициента искажения изображения при указанных

выше условиях изменяется в диапазоне от 1,033 до 1,017;

• -   с увеличением роста значение данного коэффициента уменьшается;

• -    для увеличения точности расчётов целесообразно выделять две группы ростов: 146-162 см и 162-182 см среднее значение коэффициента искажения изображения, в которых соответственно составляет 1,029 и 1,022.

Таким образом, при достаточно простой настройке цифровой камеры, с учётом указанных коэффициентов искажения изображения можно значительно уменьшить расстояние от макета (фигуры человека) до камеры, что, несомненно, является положительным фактором, а также достигнуть достаточно высокой точности снятия линейных продольных измерений.

При корректировке получаемого изображения на величину коэффициента искажения изображения с учётом масштабного коэффициента погрешность результатов измерений составляет не более 0,35%. Это позволяет использовать данную установку для получения достоверных данных по результатам использования бесконтактного метода для изучения размерных признаков тела человека.