一种基于视频处理的人体身高测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视频处理的人体身高测量方法，所述方法以单目相机作为实现平台。该方法首先通过对包含参考线的图像进行标定以获得三条参考线的投影参数，然后对包含待测人体的视频进行处理，具体包括1.准确识别出视频帧中的人体，2.运用图像处理算法分割出前景人体，3.提取人体特征点(头顶点与脚底点)像素坐标，最后将投影参数，相机高度，以及特征点像素坐标等数据输入核心投影算法便得到人体身高信息。该方法在硬件上只需要一台普通相机，其他皆由软件实现，简单易行，可信度高，大大提高了身高测量的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机视觉测量领域，特别是涉及一种基于视频处理的人体身高测量方法。
技术介绍
身高信息是人体特征的重要组成部分，在医疗体检，安防，行人识别等领域有着重大的应用价值。传统的身高信息获取方式，需要待测人体站立在固定位置，利用接触式身高测量装置进行量测身高，这种方法虽然具有较高的精度，但却具有较低的效率，而且在安防领域中，不可能用此法获取嫌疑人的身高特征。当然，随着科技的发展，出现了不少新的测量方法，包括利用超声波探测仪对人体身高进行测量，还有利用测距仪以及光学成像原理获取人体身高等。上述方法相对于传统测量方法虽然有所改进，但都需要特殊的硬件，包括超声波探测仪，红外测距仪，深度传感器等予以支持，成本较高，难以推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于视频处理的人体身高测量方法，通过图像处理算法获取人体特征点，并利用投影变换比例关系不变原理和三角形相似原理计算出人体的身高，该方法为非接触式测量方法，无需特殊硬件支持，无需待测人体保持固定姿势长时间等待，实时性较强。本专利技术公开了一种基于视频处理的身高测量方法，包括：在相机视野范围内设置含有三条水平参考线的参照面，三条参考线距离地面的距离分别是h1、h2、h3，相机距离地面高度为hC，拍摄参考线图像并获取参考线在成像平面中的像素y坐标分别为x1、x2、x3；获取成像平面中人体最高点以及最低点所在的像素y坐标，分别记为t，b；依据投影中比例关系不变原理计算出人体在参考面上的投影高度hT′和hB′，再利用三角形相似原理计算出实际人体身高H。优选地，所述方法还包括：运用投影中比例关系不变原理计算出的人体最高点在参考面上的投影点距离地面hT'由以下公式得到：(t-x2)(x1-x3)(x1-x2)(t-x3)=(hT′-h2)(h1-h3)(h1-h2)(hT′-h3)]]>其中，t表示人体在图像中的最高点y坐标，x1，x2，x3分别表示图像中三条水平参考线的像素y坐标，h1，h2，h3分别表示三条水平参考线实际距离地面的高度。类似的，人体最低点在参考面上的投影点距离地面hB'由下述公式得到：(b-x2)(x3-x1)(x3-x2)(b-x1)=(hB′-h2)(h3-h1)(h3-h2)(hB′-h1)]]>利用相似原理计算出的实际人体身高H由以下公式得到：H=(hT′-hB′)hChC-hB]]>其中，hT'和hB'分别表示人体最高点和最低点在参考面上的投影点距离地面的高度，当投影点在地面之上时为正方向，hC表示相机距离地面的高度。在上述方法中，相机的镜头光轴与竖直方向的夹角不影响身高测量的准确性，上述身高计算公式无需修正。在上述方法中，人体可位于相机与参考面之间，亦可位于参考面之后，只要人体完整位于相机视野范围即可；在计算hT'和hB'时，应将这两个量看做有正负方向的量，假定地面之上为正方向，那么当人体位于相机与参考面之间时，人体的最高和最低点在参考面上的投影点分别位于地面之上和地面之下，所得hT'为正，hB'为负；当人体位于参考面之后时，人体的最高点和最低点在参考面上的投影点均位于地面之上，此时所得的hT'和hB'均为正。在上述方法中，参考面的作用在于确定投影参数以及计算人体在其上的投影高度，而与参考面相关的常量只有摄像机与参考面的距离以及镜头光轴与参考面的交点。所以只要确定了摄像机的位置和摄像机与参考面的距离(此距离固定但可为未知量)，就相当于确定了参考面的空间位置。故而参考面的选择并非必须是现实中真实存在的竖直面，它完全可以是想象中的平面，但参考线必须真实存在，在标定完成(得到参考线在图像中的像素y坐标)后可撤销。在上述方法中，所述相机为普通相机或普通摄像机。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：本专利技术为非接触式视觉测量，易于实现，无需待测人体以固定姿势站立较长时间，处理灵活，实时性好；所需硬件仅仅是普通相机或摄像机，无需红外测距仪，超声探测器，深度传感器等特殊硬件支持，成本低廉，具有良好的隐蔽性，适合安防领域对人体身高信息的获取。【附图说明】图1a是摄像机针孔模型示意图图1b是使用虚拟像面的针孔模型示意图图2是本专利技术实施例所用到的投影变换比例关系不变原理图；图3是本专利技术实施例场景模型的示意图；图4是本专利技术实施例基于视频处理的身高测量方法的方法流程图；图5a是本专利技术实施例一种场景模型的正视图；图5b是本专利技术实施例另一种场景模型的正视图；图6是本专利技术实施例相机镜头上下转动引起的场景模型变动示意图。【具体实施方式】下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。图1a是摄像机针孔模型示意图，在摄像机模型中，针孔成像模型是适合于计算机视觉应用的一个近似。针孔摄像机完成中心投影，即任何点P在图像中的投影位置p，为焦心O与P点的连线OP与图像平面的交点。图1b使用虚拟像面的针孔模型示意图，在实际中物体距离焦心的长度一般都会远大于焦距。所以在实际图像平面关于焦平面对称的位置上设置一个虚拟图象平面。并且把图像平面上的点经焦心作中心对称映射到这个虚拟平面上。图2是本专利技术实施例所用到的投影变换比例关系不变原理图；对于投影变换中点(A,B,C,D)和点(A',B',C',D')存在关系R(A,B,C,D)＝R(A',B',C',D')，即AC×BDBC×AD=A′C′×B′D′B′C′×A′D′]]>图3是本专利技术实施例场景模型的示意图，CE表示高度为hC的摄像机，TB表示人体，灰色面表示地面，与灰色面垂直的白色面表示参考面，该参考面包含了三条与地面平行且已知距离地面高度的水平参考线，其距离地面的高度分别为h1，h2，h3，T'，B'分别表示人体TB在参考面上的投影，X1，X2，X3表示T'B'与三条参考线的交点。位于CE和TB之间的是成像平面，t，b分别表示人体TB在成像平面上的端点像素值，x1，x2，x3表示T'B'与三条参考线的交点X1，X2，X3在成像平面上的像素高度坐标。不难看出，参考面上的点(T',X1,X2,X3)与图像中的点(t,x1,x2,x3)满足上述比例关系，即(t-x2)(x1-x3)(x1-x1)(t-x3)=TX2×X1X3X1X2×TX3=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频处理的人体身高测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：在相机视野范围内设置含有三条水平参考线的参照面，三条参考线距离地面的距离分别是h1、h2、h3，相机距离地面高度为hC，拍摄参考线图像并获取参考线在成像平面中的像素y坐标分别为x1、x2、x3；步骤B：获取成像平面中人体最高点以及最低点所在的像素y坐标，分别记为t，b；步骤C：根据步骤A和步骤B的结论，依据投影中比例关系不变原理计算出人体在参考面上的投影高度hT′和hB′，再利用三角形相似原理计算出实际人体身高H。

【技术特征摘要】
1.一种基于视频处理的人体身高测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：在相机视野范围内设置含有三条水平参考线的参照面，三条参考线距离地面的距离分
别是h1、h2、h3，相机距离地面高度为hC，拍摄参考线图像并获取参考线在成像平面中的像素
y坐标分别为x1、x2、x3；
步骤B：获取成像平面中人体最高点以及最低点所在的像素y坐标，分别记为t，b；
步骤C：根据步骤A和步骤B的结论，依据投影中比例关系不变原理计算出人体在参考面上
的投影高度hT′和hB′，再利用三角形相似原理计算出实际人体身高H。
2.如权利要求1所述的基于视频处理的人体身高测量方法，其特征在于：运用投影中比例关系
不变原理计算出的人体最高点在参考面上的投影点距离地面hT'由以下公式得到：
(t-x2)(x1-x3)(x1-x2)(t-x3)=(hT′-h2)(h1-h3)(h1-h2)(hT′-h3).]]>3.如权利要求2所述的基于视频处理的人体身高测量方法，其特征在于：运用投影中比例关系
不变原理计算出的人体最低点在参考面上的投影点距离地面hB'由以下公式得到：
(b-x2)(x3-x1)(x3-x2)(b-x1)=(hB′-h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，周晓，姜沛林，王迪，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61