測(cè)試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
——景點(diǎn)人體身高快速測(cè)試系統(tǒng)

王靜雯 張慧玲* 沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院

機(jī)場(chǎng)和旅游景點(diǎn)的門(mén)票信息往往有著成人票和兒童票之分。而兒童票的規(guī)定則有未滿(mǎn)1.2m的兒童半價(jià)，未滿(mǎn)1m的兒童免票的分別。然而在機(jī)場(chǎng)和景點(diǎn)的人流量十分密集，使用人工的方式進(jìn)行人體身高判別會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此設(shè)計(jì)一套自動(dòng)身高識(shí)別的測(cè)試方案具有十分重要的意義。

1 測(cè)試系統(tǒng)及方法

1.1 測(cè)試系統(tǒng)參數(shù)

（1）測(cè)試范圍：0～3m

（2）身高測(cè)試精度：±10cm（0～2m）

（3） 身高測(cè)試人體數(shù)量：1人

1.2 測(cè)試系統(tǒng)的要求

（1）能夠快速的進(jìn)行精度范圍內(nèi)的人體身高識(shí)別，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，能夠使系統(tǒng)在人流量大的情況下快速運(yùn)行。在人體呈現(xiàn)不同姿勢(shì)時(shí)，都能夠精確的測(cè)量身高值。

（2）具有良好的穩(wěn)定性和自檢功能，能夠及時(shí)提醒用戶(hù)設(shè)備的目前情況。

1.3 基于kinect傳感器的快速測(cè)試方法

基于kinect傳感器的快速測(cè)試共有三種方案使用kinect的人體骨骼信息來(lái)測(cè)量人體身高。其中第一種方案為頭骨趾骨測(cè)量方案，第二種為臂長(zhǎng)等效測(cè)量方案，第三種為骨骼映射深度信息測(cè)量方案。

其中前兩中方案使用kinect API中關(guān)于骨骼的函數(shù)庫(kù)，而后者則不僅使用骨骼信息函數(shù)，還使用了深度信息函數(shù)，同時(shí)使用了骨骼坐標(biāo)與深度坐標(biāo)的映射函數(shù)。

方案一：頭骨趾骨測(cè)量

通過(guò)kinect提供的來(lái)自SkeletonStream的骨骼數(shù)據(jù)，捕獲當(dāng)前用戶(hù)的頭骨和趾骨的骨骼信息。得到頭骨與趾骨的空間位置坐標(biāo)分別為（x1，y1，z1）,（x2，y2，z2）。因?yàn)榈玫降淖鴺?biāo)信息在 kinect中已經(jīng)換算算成了以單位為m的坐標(biāo)，所以只需要得到兩點(diǎn)的距離便可以求得人體的身高。

這樣得到D之后便可以通過(guò)軟件界面顯示人體當(dāng)前身高。

方案二：臂長(zhǎng)測(cè)量

由于人體的頭骨趾骨的距離與實(shí)際人體身高的誤差十分大，所以使用間接的測(cè)量方案便可有效的避免骨頭與真實(shí)輪廓對(duì)應(yīng)不想符的問(wèn)題。測(cè)試用戶(hù)在坐姿的過(guò)程中仍然可以進(jìn)行身高的估計(jì)計(jì)算。使用戶(hù)在kinect前保持雙手平舉，測(cè)量用戶(hù)的臂長(zhǎng)，利用臂長(zhǎng)與身高的相似關(guān)系來(lái)進(jìn)行身高的測(cè)量。

方案三：頭趾骨深度映射

本方案使用的是骨骼信息與深度信息的映射來(lái)解決精度問(wèn)題的。首先kinect提供的數(shù)據(jù)包括彩色RGB信息，場(chǎng)景深度信息，以及進(jìn)行運(yùn)算處理過(guò)之后的人體骨骼信息。同時(shí)這三中信息一共包含四種坐標(biāo)，分別為RGB坐標(biāo)，深度信息的坐標(biāo)，骨骼提取之后的場(chǎng)景坐標(biāo)，以及在屏幕上顯示出這些信息的顯示坐標(biāo)。

于是利用kinect對(duì)這四種坐標(biāo)的準(zhǔn)確映射函數(shù)，可以良好的進(jìn)行人體骨骼坐標(biāo)與深度信息坐標(biāo)的映射。

在人體站直時(shí)，捕捉到用戶(hù)的頭骨和趾骨的骨骼坐標(biāo)點(diǎn)，并將這兩個(gè)點(diǎn)映射到深度信息的坐標(biāo)中，得到映射之后的兩個(gè)像素點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行上下鄰域判定，當(dāng)鄰域點(diǎn)的深度信息突變時(shí)，便找到了人體的輪廓處，同時(shí)記錄下此時(shí)這個(gè)人體輪廓的最高點(diǎn)的像素坐標(biāo)，得到了一個(gè)頭頂最高處的像素位置。

人體的實(shí)際高度表示便可以用公式來(lái)表示

即：D=（D1+D2）/D1*d

D——骨骼坐標(biāo)中的頭骨與趾骨的實(shí)際距離，單位為m

D1——骨骼坐標(biāo)映射到深度圖中的像素距離，單位為pix

D2——通過(guò)尋找頭骨鄰域得到人體高度增加的像素值，單位為pix

D——人體的實(shí)際高度，

2 測(cè)試系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)

由于測(cè)試系統(tǒng)中采用了kinect的骨骼技術(shù)，解決了其他測(cè)量系統(tǒng)中無(wú)法消除的人體彎曲干擾，和實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。與傳統(tǒng)的只能定性的測(cè)量人高的閾值進(jìn)行的判斷相比，本系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)行強(qiáng)，維護(hù)更新方便，硬件安裝簡(jiǎn)單。測(cè)試速度和測(cè)試精度能夠達(dá)到良好的要求，可以完成預(yù)定的測(cè)試任務(wù)。

本文共設(shè)計(jì)了三種人體身高的測(cè)量方案。

第一種方案適合站立的人進(jìn)行身高測(cè)量，但在測(cè)量結(jié)果得到之后需要加上9～11cm來(lái)保證人體的身高偏差不是很大。雖然代碼簡(jiǎn)單，但是精度低。

第二種方案適合坐姿的人進(jìn)行身高的測(cè)量，運(yùn)用臂長(zhǎng)身高的近似關(guān)系來(lái)進(jìn)行身高的估算，這種方案與第一種有異曲同工的妙處，都是使用骨骼提取的距離關(guān)系來(lái)進(jìn)行測(cè)量，相比與第一種方案，此方案的精確度有所提高但是并沒(méi)有本質(zhì)提升。

第三種方案是精確的人體身高測(cè)量方案，運(yùn)用骨骼映射到深度圖形中的方法，在骨骼點(diǎn)附近進(jìn)行鄰域判斷，尋找突變鄰域，得到用戶(hù)的頭頂最高點(diǎn)深度坐標(biāo)。然后利用最高點(diǎn)與趾骨的坐標(biāo)進(jìn)行還原為原來(lái)用戶(hù)的真實(shí)身高。這種方法的計(jì)算量和編程步驟較為繁瑣，但是能夠精確的提取出用戶(hù)的身高信息。在精度上第三種方案最佳。