6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
1.2.2.1 Phương pháp đo 2D
Phương pháp đo 2D: Dựa trên việc xử lý hình ảnh 2D có thể đo được kích thước cơ thể người. Một hay nhiều hình ảnh của con người được thực hiện bởi một hay nhiều máy ảnh. Các kích thước yêu cầu tính toán từ các hình ảnh được chụp theo tỉ lệ ảnh [41 ].
- Nguyên lý cơ bản: Theo phương pháp này, người ta sử dụng một hệ thống
gương và thiết bị để chụp cơ thể người từ góc độ khác nhau, qua bức ảnh thu được
có thể xác định kích thước cơ thể người. Cấu trúc cơ bản mô hình chụp được thể hiện dưới dạng sơ đồ ở hình 1.4. Đối tượng đo được chụp tại các góc độ: phía trước,
bên cạnh, phía sau, dùng một thước kẹp để đo chiều dài, chiều rộng và chiều sâu
trên các bức ảnh thu được. Các góc được chuyển sang giấy vạch dấu (tracing paper)
và được đo bằng một thước đo góc, từ đó các kích thước ảnh được xác định để đưa
ra kích thước cơ thể người.
Hình 1. 4 Sơ đồ thiết lập chụp ảnh 2D (nguồn: 7, 42])[2
14
− Thiết bị [27]: Thiết bị gồm camera dạng chụp ảnh thể hiệntrên hình 1.6 (a),
có độ phân giải (Megapixel) phụ thuộc vào điều kiện chụp, có thể kết nối trực tiếp
với máy tính và giá đỡ camera, hình 1.6 .(b)
(a) (b)
Hình 1. 6 Thiết bị đo 2D kích thước cơ thể người a) Camera
b) Giá đỡ camera (nguồn [2 ])7
- Yêu cầu và tiêu chí đánh giá chất lượng ảnh 2D: Đo không tiếp xúc từ ảnh 2D là sử dụng hình mẫu đo trong ảnh chụp để thực hiện xử lý ảnh, trích xuất mốc đo và tính kích thước cơ thể. Muốn ảnh đạt chất lượng cho các giai đoạn xử lý tiếp theo
thì ảnh phải đạt các yêu cầu như sau:
Yêu cầu độ sáng của ảnh: Màu sắc trên ảnh phải đảm bảo độ sáng, không
chói, không quá tối hoặc quá sáng, các vị trí bóng cắt xung quanh mẫu phải rõ,
không bị nhòe. Đánh giá yêu cầu độ sáng của ảnh theo các tiêu chí như sau: Cường
độ sáng trong phòng chụp ảnh phải đảm bảo độ sáng theo tiêu chuẩn TCVN 71141: 2008 [ ]43 . Ứng dụng biểu đồ phân bố giá trị mức xám trong phần mềm photoshop để đánh giá giá trị mức xám của các điểm ảnh. Cường độ sáng của các điểm ảnh không quá tối hoặc quá sáng, giá trị mức xám các điểm ảnh cần đạt mức xám trung bình.
Yêu cầu độ phân giải của ảnh: Ảnh chụp rõ nét nhưng không bị nhiễu bởi các chi tiết lông, tóc cơ thể. Thuận tiện xử lý ảnh trên máy tính với tốc độ cao và
dung lượng lưu trữ giảm. Thuận tiện trong quy đổi số điểm ảnh với đơn vị của thước đo nhân trắc được dán sẵn trên phông nền cho thuật toán tính kích thước.
Chọn độ phân giải của ảnh căn cứ số điểm ảnh quy đổi ra đơn vị Centimet của
thước đo nhân trắc để chọn độ phân giải cho camera 4]. [4
Chụp ảnh 2D Tách hình nền Tách đường biên Mã hóa đường Tính kích thước cơ thể Liên kết đường biên từ ảnh mặt trước và bên Trích xuất mốc đo
15
Yêu cầu bóng cắt của mẫu đo trong ảnh: Đường biên quanh mẫu đo phải thể hiện rõ, đặc biệt là tại các vị trí dễ bị khuất như nách, đáy đũng quần và đường biên
tại vị trí cổ tay phải thể hiện được chiều rộng và chiều dày cổ tay. Đánh giá bóng cắt
của mẫu dựa vào tư thế dang tay và dang chân của mẫu đo. Đối với tư thế dang tay,
căn cứ vào giá trị sai số trung bình kích thước đoạn nách trước, kích thước vòng nách và kích thước vòng ngực của tư thế đo không tiếp xúc 2D so với tư thế đo tiếp
xúc để chọn tư thế dang tay phù hợp. Đối với tư thế dang chân ăn cứ vào sai số , c
trung bình khoảng cách từ rốn đến đáy đũng quần của tư thế đo không tiếp xúc 2D
so với tư thế đo tiếp xúc để chọn tư thế dang chân phù hợp.
Để ảnh chụp đạt được các yêu cầu chất lượng cần nghiên cứu thiết lập các
điều kiện chụp ảnh về ánh sáng, camera và tư thế mẫu đo như sau [41]:
+ Ánh sáng, Camera, Độ phân giải camera: Điều chỉnh camera; Dán thước đo nhân trắc trên phông nền như hình 1. . Mỗi ảnh chụp với từng độ phân giải camera, 7
thực hiện quy đổi số điểm ảnh thành đơn vị đo nhỏ nhất trên thước nhân trắc là centimet (cm).
+ Tư thế mẫu đo: Một số nghiên cứu đưa ra thư thế của đối tượng được đo chủ yếu về tư thế đứng, tư thế dang tay và tư thế dang chân của mẫu đo. Tham khảo tư thế mẫu đo của phương pháp đo không tiếp xúc 3D theo quy định trong tiêu chuẩn ISO 20685 thể hiện trên hình 1.8 5]. T[4 hiết lập tư thế đứng phù hợp cho hệ thống
đo không tiếp xúc 2D, các công trình hầu như thực nghiệm nghiên cứu thêm tư thế
dang tay và dang chân mẫu đo khác với tư thế của đo không tiếp xúc 3D 7, 42].[2
Hình 1. 7 Đặt thước đo nhân trắc trên phông nền khi chụp ảnh (nguồn: [27])
16
Hình 1. 8 Tư thế đứng quy định trong ISO 20685 đối với đo không tiếp xúc (nguồn: [45])
+ Tư thế, trang phục và phông nền: Theo tác giả C.L.Wang đối tượng đo được
chụp ảnh ngoài trời với trang phục: Áo thun, quần short thun rộng thể hiện trên hình
1.9 7][4 ; Nghiên cứu của Patrick, Chi-Yuen Hung và Seo,H, Yeo, Wohn thì đối tượng đo chụp ảnh trong phòng, phông nền đen, mẫu giữ nguyên tư thế để chụp ảnh mặt trước, mặt bên hông và mặt sau. Trang phục: Cởi trần, quần jean và quần bơi [47, 48 ].
Hình 1. 9 Ảnh mặt trước, sau và mặt bên hông (nguồn: 7, 48[4 ])
- Phương pháp xử lý ảnh: Ảnh được chụp từ camera với kích thước 780x1200 điểm ảnh, tiếp theo quá trình xử lý ảnh để trích xuất đường biên, trích xuất mốc đo
làm cơ sở tính kích thước cơ thể. Các bước thực hiện thể hiện ở hình 1.10 7, 41[2 ,
47, 48].
Vị trí nách
Vị trí cổ tay
17
Hình 1. 10 Sơ đồ quá trình xử lý ảnh (nguồn: 7])[2
- Kết quả xử lý dữ liệu, độ chính xác của phương pháp đo không tiếp xúc 2D:
Hầu như các công trình nghiên cứu về phương pháp đo không tiếp xúc 2D sau khi
có kết quả đo kích thước so sánh với phương pháp đo tiếp xúc trên cùng đối tượng
đo, cùng thời điểm không gian đo [27, 46, 47, 48]. Tác giả Nguyễn Thị Ngọc Quyên
đã trích xuất được 38 kích thước cơ thể và đánh giá độ chính xác đo với phương
pháp tiếp xúc trên 50 mẫu đo, độ lệch Min và Max từ 0 ÷2cm [27 ]. Tác giả T.
Kohlschütter đã đo 5 kích thước và được thực nghiệm trên 20 đối tượng so với phương pháp đo tiếp xúc, độ lệch từ 0 ÷3,487cm, độ lệch lớn nhất là kích thước
chiều cao do ảnh hưởng của tóc, bên cạnh đó ảnh hưởng tới độ chính xác là do cơ
thể người trong không gian đa chiều nhưng kích thước lại được đo, trích xuất từ ảnh 2D [41].
- Phương pháp tính kích thước cơ thể: Theo một số công trình nghiên cứu [27, 46, 47, 48] đối với các kích thước chiều cao tính bằng công thức khoảng cách giữa
hai điểm. ích thước vòng, sử dụng công thức chu vi ellip để tính vòng cổ, vòng cổ K
tay, vòng bàn tay; Dùng công thức phân nửa chu vi ellip và hình chữ nhật để tính
kích thước vòngngực như trên hình 1.11.
a b
Hình 1. 11 a) Phương pháp xác định kích thước vòng cổ
b) Phương pháp xác định kích thước vòng ngực (nguồn [4 ]): 7 Nhận xét: Phương pháp đo không tiếp xúc 2D có những ưu điểm về giá thành, sự thuận tiện trong di chuyển, đơn giản trong sử dụng, ít bị ảnh hưởng các yếu tố
ánh sáng, môi trường, ít bị nhiễu trong quá trình xử lý ảnh. Tuy nhiên kết quả tính
kích thước đạt độ chính xác không cao so với phương pháp đo tiếp xúc và phương
pháp đo không tiếp xúc 3D nguyên nhân chủ yếu được các tác giả [27, 46, 41, 47,
48] đưa ra là do chụp ảnh 2D sau đó ghép ảnh nội suy để tích kích thước chu vi,
vòng dẫn đến sai số trong quá trình xử lý dữ liệu.
Ảnh Tách hình nền Tách đường biên Số hóa đường biên
Liên kết hai đường biên Trích xuất mốc đo
18 1.2.2.2 Phương pháp đo 3D
Hai nhóm phương pháp chính đo biên dạng 3D là: Đo tiếp xúc và đo không
tiếp xúc.
Phương pháp đo tiếp xúc: Sử dụng đầu dò tiếp xúc với bề mặt chi tiết cần đo như các máy đo ba tọa độ CMM, máy cầm tay... phương pháp đo tiếp xúc có đặc điểm chính là đo từng điểm, mỗi điểm được xác định khi đầu dò tiếp xúc cơ học với
bề mặt cần đo Bởi đo điểm nên. đểđo một chi tiết thường dài. Giá thành các thiết bị
đo tiếp xúc thường cao do các bộ phận cảm biến đầu dò được mang bởi các hệ
thống cơ khí đòi hỏi độ chính xác cao 9 [4 ].Do cơ thể người là mẫu quét lớn, động,
bởi vậy khi đo, quét cần nhanh và đơn giản. Bên cạnh đó độ chính xác yêu cầu của phép đo ứng dụng trong thời trang và may mặc không đòi hỏi cao như một số lĩnh vực khác cơ khí, y học…, vì vậy những hạn chế của phương pháp này không phù hợp với đo kích thước cơ thể người.
Phương pháp đo không tiếp xúc: Sử dụng tia X, sóng siêu âm và các phương
pháp sử dụng nguyên lý quang học để thu thập dữ liệu điểm đo được phân loại
thành 2 dạng chính là: Quét chủ động và quét bị động. Phương pháp đo không tiếp
xúc chủ động là chiếu các mẫu ánh sáng vào bề mặt chi tiết đo dựa vào sự tán xạ,
phản xạ của bề mặt chi tiết để xác định điểm đo, có các nguyên lý như thời gian
truyền sóng, nguyên lý tam giác lượng (đo bằng laser, ánh sáng cấu trúc). Phương pháp đo chủ động có độ chính xác cao hơn song phương pháp đo bị động thường có tốc độ đo nhanh hơn. Tuy nhiên, phương pháp đo chủ động sử dụng ánh sáng cấu trúc cho độ chính xác cao, tốc độ đo nhanh nên được tập trung nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực [4 ]. 9 Hình 1.12 cho thấy một phân loại chi tiết về các công nghệ quét 3D [50 ].
Đo truyền qua
Chụp cộng hưởng từ PP đo không sử dụng quang học PP Quang học
Sóng ra đa Sóng siêu âm
Đo không tiếp xúc
19
Hình 1. 12Sơ đồ phân loại các công nghệ quét 3D (nguồn: [50])
- Công nghệ quét 3D dùng phương pháp quang học: Với công nghệ quét thựctế
hiện nay có thể chia làm hai nhóm chính plà hương pháp quét quang học thụ động
(Passive optical scanners và p) hương pháp quét quang học chủ động (Active optical Scanners) [51].Các phương pháp quét quang học thụ động chủ yếu áp dụng cho các phép đo của cơ thể con người như đa hình ảnh quang trắc, thân hình và phân tích hình dáng được thể hiện trên hình 1.13 cho thấy đa hình ảnh quang trắc được sử dụng để đo lường 3D khuôn mặt của con người, hạn chế của phương pháp này là cần một lượng lớn máy ảnh và một bàn quay rất chính xác để tái tạo lại một mô hình 3D [ , 52 51 ].
Hình 1. 13 Khuôn mặt quét dựa trên đa hình ảnh quang trắc. Bên trái ba hình ảnh (trên) và phù hợp với các điểm tương ứng (dưới).
Bên phải kết quả dữ liệu 3D (nguồn: [52])
+ Phương pháp quét quang học chủ động: Kỹ thuật quét laser; Kỹ thuật quét sử dụng ánh sáng cấu trúc.
Kỹ thuật quét laser: Nguyên lý sử dụng quét laser [53] do bản chất của chùm
tia laser là ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định và góc mở rất nhỏ. Bước sóng
này phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser, chiếu một đường ánh sáng laser lênvật
PP Quang học PP Thụ động PP Chủ động PP hình từ bóng đổ của vật PP hình từ bóng PP xác định dựa vào điều chỉnh tiêu cự quan sát vật PP hình ảnh ra đa PP Ảnh nổi (Stereo) PP Tam giác lượng PP giao thoa ánh sáng PP quang trắc PP xác định độ sâu từ lệch tiêu cự Laser AS cấu trúc AS trắng AS mầu
20
cần đo, các tia phản xạ được chiếu tới các máy ảnh đặt ở vị trí đầu quét, công nghệ quét được thể hiện trên hình 1.14 [52, 53].
Máy quét cơ thể dựa trên công nghệ laser có thể quét khoảng 60.000 điểm cho mỗi giây. Để đảm bảo sự vô hại của chùm ánh sáng laser và toàn an cho mắt người, h ệ thống quang học đặc biệt và gương được sử dụng để tạo ra các sọc từ một chùm ánh sáng laser duy nhất. Các bộ phận máy quét laser, trong bao đó gồm hệ thống quang học và cảm biến ánh sáng, được di chuyển trênkhắp cơ thể con người để số hóa bề mặt, hình 1.15.
a) b) c)
Hình 1. 15 Nguyên lý quét laser (nguồn: [52])
a) Sọc laser trên cơ thể con người. b) Giản đồ của phương pháp tam giác. c) Bộ phận máy quét được di chuyển trên khắp cơ thể con người để quét Thiế ị ử ụt b s d ng trong công ngh quét 3D laser:ệ Đèn laser (chùm) tạo ra được v ch lazer trong quá trình quét Máy ạ ; ảnh (camera) để thu lại được hình nh t quá ả ừ trình quét có th dùng 1 hay 2 camera Màn thu Máy tính trang b các ph n mể ; ; ị ầ ềm của thiết bị.
Kỹ thuật ét sử dụng áqu nh sáng cấu trúc: Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng
cấu trúc tương tự quét laser, các vạch ánh sáng sẽ được đo bằng các sử dụng h phương pháp tam giác lượng ạo ra đá, t m mây d li u ch nh x c v dữ ệ í á à ày đặc, t ừ đó t o ra mô h nh 3D c a vạ ì ủ ật thể.
a). b)
Hình 1. 14 Công nghệ quét laser (nguồn: [52]) a) Sơ đồ của một máy quét laser 3D b) Cấu trúc máy quét laser 3D.
21
Hình 1. 16Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng cấu trúc (nguồn: [52])
Việc qu t d ng tia laser hay nh s ng é ù á á cấu trúc đề u d a trên nguyên l tam ự ý giác lượng. Ở trên hình 1.16, ngu n s ng chi u mồ á ế ột điểm n m trong vùng thu cằ ủa camera đặt ở đỉ nh. V i nh ng v t l n hay v t c h nh d ng ph c t p c n c nhiớ ữ ậ ớ ậ ó ì ạ ứ ạ ầ ó ều l n chiầ ếu để đả m b o t t c c c b mả ấ ả á ề ặt đều được đo. Sau qu nh quá trì ét, phần mềm được sử dụng để ạt o nên m t ộ đám mây điểm 3 chi u, k ch ề í thước c th ó ểlên đến h ng à triệu điểm. Tọa độ ủ c a những điểm này được h ệthống t nh í toán v k t qu à ế ả thu được l à đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đường hay mô hình đa giác [52].
Thiết bị sử dụng quét ánh sáng cấu trúc: Các thiết bị quét ánh sáng cấu trúc
chủ yếu được sản xuất ở châu Âu. Các thiết bị sử dụng trong quá trình quét thường
bao gồm ột cảm biến ánh sáng (ví dụ máy ảnh kỹ thuật số) sẽ thu lại các hình ảnh. m
Máy chiếu ánh sáng cấu trúc thường chiếu các vân sáng, các đường sọc song song.
Thiết bị có thể sử dụng 2 đến 3 bộ cảm biến ánh sáng như trên hình 1.17 hoặc nhiều
hơn nữa tùy thuộc vào yêu cầu, đối tượng đo.
Hình 1. 17 Máy quét face SCAN II của Breuckmann GmbH (nguồn: [52- ])
Phân loại hệ thống quét ở một số công trình nghiên cứu [7, 54] cho thấy hệ
thống đo cơ thể người chủ yếu dùng ánh sáng cấu trúc như [TC]2, TELMAT…Xét
về thời gian quét của một số máy quét và trích xuất dữ liệu thay đổi giữa các hệ
thống quét laser và ánh sáng cấu trúc 4][5 . Khoảng thời gian quét là từ 1,3 giây đến
30 giây. Thời gian quét nhanh được coi là quan trọng để giảm sai sót do ảnh hưởng chủ quan của con người, ví dụ trong quá trình quét cơ thể con người không thể đứng yên trong 1 thời gian dài mà không trải qua quá trình hô hấp, quá trình hô hấp cũng