王靜雯 張慧玲* 沈陽工學(xué)院機械與運載學(xué)院

機場和旅游景點的門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1.2m的兒童半價，未滿1m的兒童免票的分別。然而在機場和景點的人流量十分密集，使用人工的方式進行人體身高判別會費時費力。因此設(shè)計一套自動身高識別的測試方案具有十分重要的意義。

1 測試系統(tǒng)及方法

1.1 測試系統(tǒng)參數(shù)

（1）測試范圍：0～3m

（2）身高測試精度：±10cm（0～2m）

（3） 身高測試人體數(shù)量：1人

1.2 測試系統(tǒng)的要求

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

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

1.3 基于kinect傳感器的快速測試方法

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

其中前兩中方案使用kinect API中關(guān)于骨骼的函數(shù)庫，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：頭骨趾骨測量

通過kinect提供的來自SkeletonStream的骨骼數(shù)據(jù)，捕獲當(dāng)前用戶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）。因為得到的坐標(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之后便可以通過軟件界面顯示人體當(dāng)前身高。

方案二：臂長測量

由于人體的頭骨趾骨的距離與實際人體身高的誤差十分大，所以使用間接的測量方案便可有效的避免骨頭與真實輪廓對應(yīng)不想符的問題。測試用戶在坐姿的過程中仍然可以進行身高的估計計算。使用戶在kinect前保持雙手平舉，測量用戶的臂長，利用臂長與身高的相似關(guān)系來進行身高的測量。

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解決精度問題的。首先kinect提供的數(shù)據(jù)包括彩色RGB信息，場景深度信息，以及進行運算處理過之后的人體骨骼信息。同時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對這四種坐標(biāo)的準(zhǔn)確映射函數(shù)，可以良好的進行人體骨骼坐標(biāo)與深度信息坐標(biāo)的映射。

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

人體的實際高度表示便可以用公式來表示

即：D=（D1+D2）/D1*d

D——骨骼坐標(biāo)中的頭骨與趾骨的實際距離，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——人體的實際高度，

2 測試系統(tǒng)的性能評價

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

本文共設(shè)計了三種人體身高的測量方案。

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

第二種方案適合坐姿的人進行身高的測量，運用臂長身高的近似關(guān)系來進行身高的估算，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)系來進行測量，相比與第一種方案，此方案的精確度有所提高但是并沒有本質(zhì)提升。

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