6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
1.5 Kết luận chương tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án
1. Kích thước cơ thể để thiết kế quần áo: Thiết kế quần áo trong may công nghiệp theo một số nghiên cứu và tiêu chuẩn Việt Nam cần từ 30 kích thước trở lên, đây là cơ sở xác định được số lượng kích thước cơ thể người cần thiết để thiết kế quần áo cho nữ giới Việt Nam trong nội dung nghiên cứu của luận án.
2. Phương pháp đo kích thước cơ thể người thiết kế quần áo: Hiện nay, các hệ thống thiết bị đo 3D hiện đại với độ chính xác cao, nhưng chi phí đầu tư lớn, điều kiện đo và thiết lập hệ thống xử lý dữ liệu phức tạp. Chính vì vậy, luận án lựa chọn phương pháp đo 3D không tiếp xúc có chi phí phù hợp mà vẫn đảm bảo được yêu cầu đo là rất cần thiết đối với ngành công nghiệp may mặc Việt nam.
3. Những vấn đề cần thiết nghiên cứu để ứng dụng phương pháp quét 3D ở Việt nam:
a. Hầu như các công trình nghiên cứu và các doanh nghiệp sản xuất hệ thống quét 3D chỉ công bố kết quả nghiên cứu khoa học và kỹ thuật một cách chung chung. Hệ thống thiết bị được bán ra chỉ định theo hướng dẫn sử dụng và các thông số kỹ thuật chính, còn thực chất phát triển công nghệ hay nội hàm bên trong không được chia sẻ. Điều này sẽ gặp khó khăn trong quá trình khai thác sử dụng và phát triển ứng dụng công nghệ này.
b. Hầu hết các mốc đo hiện tại được quan sát bằng thị giác, hoặc chạm vào cơ thể
con người, đặc biệt vùng nhạy cảm, hoặc uốn gập các bộ phận cơ thể để tìm
39
quyền riêng tư cá nhân và khắc phục được yếu điểm của phương pháp đo tiếp xúc như trên.
Nội dung luận án sẽ nghiên cứu về đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3D không tiếp xúc trong ngành may. Để tăng độ chính xác của phương pháp đo: Luận án tiến hành nghiên cứu thiết lập hệ thống đo sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray để giảm nhiễu trong quá trình quét; Nghiên Thiết lập điều kiện quét thông qua một số yếu tố như ánh sáng môi trường, màu sắc phông nền được lưu ý qua màu xanh và đen mà một số công trình đã công bố. Kết cấu màu sắc trang phục, tư thế quét và chọn tư thế người đứng thẳng, 2 tay 2 chân dang sang bên với một khoảng cách cố định; Nghiên cứu các tư thế đo trên từng phần cơ thể khác nhau đặc biệt là các góc khuất như nách, khe đùi
Dữ liệu thu được sau khi quét 3D cơ thể người ở dạng đám mây điểm có
các tọa độ bề mặt được xác định. Xây dựng các phương pháp và thuật toán xác
định các mốc tính kích thước cũng như giá trị các kích thước đo từ các tọa độ đám mây điểm. Phần mềm xử lý dữ liệu tự động tính toán các kích thước cơ thể người theo yêu cầu.
40
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ,
NGHIÊN CỨU 2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu công nghệ quét 3D và hệ thống quét 3D sử dụng ánh sáng cấu
trúc mã Gray.
- Thông số kích thước cơ thể người để thiết kế quần áo cho nữ giới.
- Nghiên cứu đối tượng quét là nữ sinh viên Việt Nam địa bàn Hà Nội và Hưng Yên.
2.1.2 Đối tượng nghiên cứu
- Cụm cảm biến đầu đo, điều khiển đo, cụm cơ khí bàn quay và khung hệ thống đầu đo.
- Thông số kích thước cơ thể người thiết kế quần áo, mốc đo cơ thể người.
- Nữ thanh niên Việt Nam thông số kích thước đo theo TCVN 5782: 2009.
- Manocanh nữ là mẫu chuẩn để xác định đánh giá độ chính xác của hệ thống
đocó các thông số như sau:
Vị trí đo Thông số kích thước
(mm)
Vòng ngực 820
Vòng eo 600
Vòng mông 895
Chiều cao đứng 1750
2.2 Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người
- Yêu cầu của hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người.
- Yêu cầu chất lượng ảnh quét 3D cơ thể người.
- Nguyên lý và kết cấu hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người.
2.2.2 Nghiên cứu thiết lập điều kiện quét 3D cơ thể người
- Nghiên cứu một số yếu tố về phần cứng của hệ thống ảnh hưởng đến chất
lượng ảnh quét.
- Nghiên cứu yếu tố về môi trường quét.
- Nghiên cứu yếu tố về kết cấu, màu sắc của trang phục quét và tư thế của đối
tượng quét.
- Xây dựng quy trình quét của hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người.
2.2.3 Xây dựng phương pháp trích xuất dữ liệu đo kích thước cơ thể người người
- Xây dựng phương pháp trích xuất mốc đo cơ thể người từ dữ liệu đám mây
điểm.
- Xây dựng phương pháp trích xuất kích thước đo cơ thể người từ dữ liệu đám
mây điểm.
- Nghiên cứu lập phần mềm xác định kích thước đo cơ thể người từ dữ liệu
đám mây điểm.
- Đánh giá độ chính xác kết quả đo kích thước từ hệ thống đo 3D.
- Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng đo kích thước cơ thể nữ thanh niên Việt
41
2.3 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu, phân tích thành từng bộ phận các tài liệu, công trình khoa học có liên quan đến vấn đề nghiên cứu của luận án ở Việt Nam và trên thế giới. Đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu, những vấn đề còn tồn tại từ đó xác định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam rút ra nhận xét và đưa ra hướng nghiên cứu của luận án.
- Phương pháp thực nghiệm: Thiết lập hệ thống đo 3D cơ thể người theo cơ sở lý thuyết đã phân tích và nghiên cứu; Dùng hệ thống đo 3D đã thiết lập quét cơ thể nữ sinh viên Việt Nam độ tuổi từ 18 đến 25 tuổi.
- Phương pháp tính toán xử lý dữ liệu: Sử dụng hỗ trợ của một số phần mềm để xử lý dữ liệu quét như xử lý nhiễu, ghép ảnh bằng Meshlab; Đánh giá chất lượng ảnh quét bằng phần mềm ImageJ và biểu đồ Histogram. Quy hoạch thực nghiệm bằng phần mềm Design Expert.
- Phương pháp đánh giá so sánh: So sánh kết quả 30 mẫu đo (lấy số lượng
mẫu đo theo Gauss) từ hệ thống đo 3D đã thiết lập so với kết quả đo bằng phương
pháp tiếp xúc, phương pháp quét 3D trên thiết bị thương mại từ đó đánh giá, kiểm nghiệm được độ chính xác của phép đo. Đánh giá độ chính xác của phương pháp xác định mốc và kích thước đo từ dữ liệu đám mây điểm so với phương pháp xác
định mốc đo, kích thước đo tiếp xúc.
2.3.1 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người
Với mục tiêu đã đặt ra cùng với nghiên cứu tổng quan, luận án thiết lập hệ thống đo 3D gọn sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray. Hệ thống này bao gồm bộ đầu đo, bộ điều khiển, cụm cơ khí và bộ phận thu nhận xử lý tín hiệu đo. Hệ thống 3D quét cơ thể người, các đám mây ba chiều trên bề mặt cơ thể được xây dựng lại, sau đó thiết lập một mô hình người kỹ thuật số 3 chiều.
2.3.1.1 Yêu cầu hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người
- An toàn sức khỏe con người trong quá trình quét: Từ phần nghiên cứu tổng quan một số tác giả [ , 53] khu52 yến cáo tia laser không an toàn đối với cơ thể con người, đặc biệt chiếu vào mắt có thể gây tổn thương, bởi vậy luận án lựa chọn ánh sáng cấu trúc có cường độ phù hợp để quét cơ thể người.
- Giảm nhiễu khi quét: Trong các phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc,
phương pháp mã Gray cho phép mô tả 2n vùng chiếu khác nhau, số chỉ thị của
hướng chiếu được xác định bằng số lượng tử hai mức xám trắng và đen mặc dù phương pháp mã Gray có độ phân giải thấp nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu quét cơ thể người. Bên cạnh đó lại có giá trị mã hóa mỗi vân mẫu là duy nhất nên thiết lập hệ thống đơn giản, ốch ng nhi u t t và có th ễ ố ể đo các bề ặt gián đoạ m n ho c các ặ b m t có biề ặ ến đổi chi u cao l n [49, 78, 79]. B i v y lu n án chề ớ ở ậ ậ ọn phương pháp mã Gray có kh ả năng chống nhi u t t phù h p v i ễ ố ợ ớ đặc điểm hình dạng cơ thể mà vẫn đảm bảo yêu cầu độ phân giải của dữ liệu đo.
- Thời gian quét: Do người là đối tượng đo dễ chuyển động và không thể giữ một tư thế đứng trong thời gian dài nên thời gian quét cần được đặc biệt chú ý. Luận án lựa chọn công nghệ chiếu ánh sáng cấu trúc là chiếu dạng mặt nên tốc độ nhanh hơn so với công nghệ chiếu laser là chiếu đạng điểm và đường.
- Vùng quét: Diện tích quét càng lớn càng tốt cả chiều ngang và chiều dọc bao
phủ hết cơ thể người theo TCVN 5782. Với chiều cao tối đa của nữ giới tuổi từ 18
42
chiều cao đến 1800 mm thiết kế khung máy của hệ thống đo có chiều cao 2000 mm ,
để đảm bảo các yêu cầu đặt Vì cơ thể người có biên dạng không gian ba chiều với .
đặc điểm chiều cao đứng, bề ngang (theo chiều rộng hông) và bề dày. Do vậy cần nghiên cứu phương pháp để quét được toàn bộ chiều cao và diện tích xung quanh của cơ thể. Đây là cơ sở để đi thiết lập phạm vi đo và đặc tính hoạt động của hệ thống quét.
- Độ chính xác: Căn cứ vào phương pháp đo cơ thể người theo TCVN 5781: 2009 [13] và ISO 20685 thì độ chính xác của hệ thống đo 3D thiết lập nhỏ nhất đảm
bảo theo yêu cầu.
- Độ phân giải của thiết bị: Được chọn là 0,5 mm thỏa mãn yêu cầu độ phân giải nhỏ hơn độ chính xác.
2.3.1.2 Yêu cầu chất lượng ảnh quét 3D cơ thể người
Dữ liệu hình ảnh quét 3D thu được bằng phương pháp đo không tiếp xúc sử
dụng ánh sáng cấu trúc dạng đám mây điểm ảnh. Để dữ liệu ảnh 3D sau khi quét là
mẫu đạt chất lượng cho các giai đoạn xử lý ảnh tiếp theo thì ảnh quét 3D vào phải
đạt các yêu cầu chất lượng như sau [79, 80 ]:
- Đánh giá độ rõ nét c a nh chủ ả ụp được thông qua lược đồ Histogram: Giá tr ị m c xám cứ ủa ảnh quét 3D, cường độ sáng của các điểm ảnh không quá t i ho c quá ố ặ sáng, giá tr mị ức xám các điểm ảnh cần đạt m c xám trung bình trong kho ng 64ứ ả – 192 (midtone) th hi n trên hình 2.1 [80 ể ệ ].
(Shadows) (Midtone) ignlights) (H
Hình 2. 1 Biểu đồ phân bố mức xám
- Độ phân giải: Thông qua kích thước của điểm ảnh và khoảng cách của các điểm ảnh, số lượng của điểm ảnh trên ảnh thu được. Với các mẫu trang phục khác nhau thì dữ liệu thu được cũng khác nhau, dữ liệu mẫu nào thu được có khoảng cách giữa các điểm ảnh nhỏ và số điểm thu được nhiều nhất thì cho dữ liệu tốt nhất.
- Hiển thị rõ rét các đường biên dạng cơ thể tại các vị trí hõm nách, vùng
đũng, bên trong đùi và khả năng hiển thị các điểm mốc nhân trắc như điểm mỏm
vai, điểm hõm nách, điểm hông, điểm đũng .
2.3.1.3 Thiết lập nguyên lý và kết cấu hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người người
Để đảm bảo chất lượng hình ảnh và độ chính xác của phép đo, phụ thuộc một số yếu tố như hiệu chuẩn hệ thống, kiểm soát ánh sáng, tư thế quét, trang phục quét
và tránh chuyển động cơ thể trong quá trình quét. Với yêu trên, kết cấu hệ thống đo
cần đảm bảo thu được toàn bộ vùng cơ thể người. Trong công nghiệp, hệ thống đo thường sử dụng nhiều đầu đo được bố trí xung quanh cơ thể người để quét hết đối
tượng đo một cách nhanh chóng Trong phạm vi của luận án lựa chọn hệ thống gồm .
một đầu đo để quét toàn bộ cơ thể người và phải dùng chuyển động khi quét nhưng
có thể cho phép tăng số lần quét theo ý muốn đồng thời phù hợp với mục đích nghiên cứu khoa học. Bên cạnh đó để giữ đúng tư thế quét, tránh rung của cơ thể
43
người theo yêu cầu thì hệ thống quét sẽ được thiết kế thêm tay nắm cho đối tượng quét.
- Nguyên lý hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người:
Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống đo 3D
Trên hình 2.2 mô tả sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống đo. Với các vùng quét cơ thể người được phân chia theo chiều cao, đầu đo sẽ quét từng mặt cơ thể sao cho đo toàn bộ diện tích xung quanh.
Trong một vùng đo thì người đứng yên, đầu đo dịch chuyển từng đoạn từ
trên xuống dưới theo phương Y thông qua bộ uyền đai. Bàn quay đỡ đối đotr
được thiết kế giúp cho có thể quay khi quét Bàn quay có thể chuyển động quay.
tròn quanh trục OY nhờ lực chuyển động của động cơ được gắn trực tiếp vào
bàn quay. Sau đó người quay đi một góc và tiếp tục đầu đo dịch chuyển từ dưới lên trên, chu trình được lặp lại cho đến khi quét hết xung quanh cơ thể người.
Hệ thống đo được điều khiển bằng máy tính thông qua bộ điều khiển chuyển động. Chu trình điều khiển từ máy tính xuống các bộ điều khiển động cơ tịnh tiến hệ cảm biến đầu đo dọc theo cơ thể qua động cơ 1, và điều khiển quay tròn bàn quay đỡ đối tượng đo qua động cơ số 2.
Phần mềm cho thiết bị bao gồm các phần mềm điều khiển cấu trúc vân cho máy chiếu, phần mềm điều khiển sự dịch chuyển của các bộ phận và phần mềm thu nhận xử lý ảnh dựng lại hình ảnh 3D của đối tượng đo, phần mềm trích xuất dữ liệu đo.
44
Hình 2. 3 Sơ đồ khối hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người
Trên hình 2.3 mô tả sơ đồ kh i kố ế ất c u h th ng quét 3D: ệ ố + H cệ ảm biến đầu đo bao gồm camera và máy chi u; ế
+ Cụm cơ khí và điều khi n d ch chuyể ị ển đo; + B ph n thu nh n và x ộ ậ ậ ửlý tín hiệu đo.
a) Phương pháp xác định hệ cảm biến đầu đo cho hệ thống đo 3D
Đầu đo là bộ phận quan trọng quyết định lớn đến độ chính xác và độ phân giải của hệ thống đo do vậy việc tính toán và lựa chọn các cảm biến rất cần thiết. Đầu đo bao gồm máy chiếu chiếu ánh sáng cấu trúc mã Gray lên đối tượng đo và camera thu lại ảnh phản xạ ánh sáng cấu trúc chiếu lên đối tượng đo để dựng lại biên dạng 3D thông qua nguyên tắc tam giác lượng.
Hình 2. 4 Sơ đồ nguyên lý quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray
(nguồn:[81])
Nguyên lý của hệ cảm biến đầu đo 3D cơ thể người như trên hình 2.4 là chi u ế
các vân chi u d ng Gray lên b mế ạ ề ặt đối tượng cần quét, sau đó camera thu l i hình ạ Đối tượng
đo
Máy chiếu Camera
Máy tính Điều khiển đo Thu nhận và xử lý tín hiệu đo Bàn quay đối tượng đo Cụm dịch chuyển đầu đo Hệ điều khiển chuyển động
45
ảnh quét thông qua phản xạ ánh sáng xây dựng lại tọa độ điểm ảnh. Sử dụng một số phần mềm phân tích dữ liệu, tạo ảnh và dựng lại đối tượng đo.
• Lựa chọn camera và máy chiếu:
Lựa chọn camera và máy chiếu cần theo yêu cầu về độ phân giải cao, kích