Nghiên cứu đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3d không tiếp xúc trong ngành may

Với các vấn đề nêu ở trên thì việc nghiên cứu đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3D thông qua thiết lập, xây dựng một thiết bị đo với công nghệ đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS PHAN THANH THẢO

Hà Nội – 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án “Nghiên cứu đo kích

thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3D không tiếp xúc trong ngành may” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án trung thực được trích dẫn đầy đủ và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ lòng cảm sâu sắc, chân thành đến PGS.TS Phan Thanh Thảo đã nhiệt tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến vô cùng quý báu và tạo điều kiện thuận lợi về mặt chuyên môn cũng như động viên khích lệ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án

Tôi xin cảm ơn chân thành tới các Thầy giáo, Cô giáo thuộc Viện Dệt may – Da giầy và Thời trang, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án Tôi xin cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Văn Vinh, Phòng Lab 307, Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Cơ Khí Chính xác & Quang học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã đóng góp những ý kiến quý báu, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện công trình nghiên cứu

Đồng thời tôi cũng xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện cho tôi được học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án Xin cảm ơn sâu sắc tới tập thể các Thầy giáo, Cô giáo trong Khoa Công nghệ May & Thời trang, cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã luôn đồng hành động viên, khích lệ trong suốt quá trình thực hiện luận án

Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bố mẹ, chồng, các con, anh chị em những người thân yêu, gần gũi nhất đã luôn động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Nhung

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN 2

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 3

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 3

4 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 3

5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 3

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN 4

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 5

1.1 Hệ thống cỡ số quần áo và thông số kích thước cơ bản thiết kế quần áo 5 1.1.1 Hệ thống cỡ số quần áo 5

1.1.1.1 Tổng quan hệ thống cỡ số quần áo trên thế giới 5

1.1.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống cỡ số quần áo tại Việt Nam 6

1.1.2 Khảo sát thông số kích thước cơ bản thiết kế quần áo 7

1.2 Phương pháp đo kích thước cơ thể người 8

1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc 10

1.2.1.1 Lịch sử phương pháp đo 10

1.2.1.2 Nguyên lý đo và thiết bị đo kích thước cơ thể người 11

1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 12

1.2.2.1 Phương pháp đo 2D 13

1.2.2.2 Phương pháp đo 3D 17

1.2.3 Một số hệ thống đo 3D kích thước cơ thể nguời bằng phương pháp đo 3D không tiếp xúc 22

1.3 Phương pháp đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc 24

1.3.1 Khái niệm và phân loại ánh sáng cấu trúc 24

1.3.1.1 Khái niệm ánh sáng cấu trúc 24

1.3.1.2 Các dạng ánh sáng cấu trúc sử dụng trong đo lường biên dạng 3D 24

1.3.1.3 Phương pháp sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray 25

1.3.2 Nguyên lý phương pháp đo 3D kích thước cơ thể người sử dụng ánh sáng cấu trúc 26

1.3.3 Đặc điểm chức năng của khối thiết bị đo 27

1.3.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quét 27

1.4 Phương pháp xử lý dữ liệu quét 3D cơ thể người 31

1.4.1 Phương pháp trích xuất mốc đo từ dữ liệu đám mây điểm 3D 31

1.4.2 Phương pháp và thuật toán tính kích thước cơ thể người 32

1.5 Kết luận chương tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án 37

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 39

2.1.1 Phạm vi nghiên cứu 39

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 39

2.2 Nội dung nghiên cứu 39

2.2.1 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 39

2.2.2 Nghiên cứu thiết lập điều kiện quét 3D cơ thể người 39

2.2.3 Xây dựng phương pháp trích xuất dữ liệu đo kích thước cơ thể người 39

2.3 Phương pháp nghiên cứu 39

2.3.1 Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 40

2.3.1.1 Yêu cầu hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 40

2.3.1.2 Yêu cầu chất lượng ảnh quét 3D cơ thể người 41

2.3.1.3 Thiết lập nguyên lý và kết cấu hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 41

2.3.2 Thiết lập điều kiện quét 3D cơ thể người 52

2.3.2.1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quét 52

2.3.2.2 Phương pháp đánh giá độ chính xác từ hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 57

2.3.3 Xây dựng phương pháp trích xuất dữ liệu đo kích thước cơ thể người 57

2.3.3.1 Phương pháp xác định mốc đo cơ thể người từ dữ liệu đám mây điểm 58

2.3.3.2 Phương pháp đo kích thước cơ thể người từ dữ liệu đám mây 3D 73

2.3.3.3 Xây dựng yêu cầu phần mềm đo 3D kích thước cơ thể người 77

2.3.3.4 Phương pháp đánh giá kết quả trích xuất dữ liệu đo cơ thể người 77

2.3.3.5 Nghiên cứu thực nghiệm đo kích thước cơ thể người từ hệ thống đã thiết lập 77

2.4 Kết luận chương 2 78

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 80

3.1 Kết quả thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 80

3.1.1 Thiết lập nguyên lý và kết cấu hệ thống đo 3D 80

3.1.2 Kết quả xác định hệ cảm biến đầu đo cho hệ thống đo 3D 80

3.1.3 Kết quả xây dựng cụm cơ khí và điều khiển dịch chuyển đo 83

3.1.4 Kết quả xác định bộ phận thu nhận và xử lý thông tin 92

3.2 Kết quả thiết lập điều kiện quét 3D cơ thể người 98

3.2.1 Kết quả xác định ảnh hưởng yếu tố môi trường 98

3.2.1.1 Xác định màu sắc phông nền cho hệ thống quét 98

3.2.1.2 Xác định ánh sáng môi trường, khoảng cách cụm đầu đo 98

3.2.2 Kết quả xác định ảnh hưởng của mẫu quét 105

3.2.2.1 Hình dáng kết cấu trang phục 105

3.2.2.2 Xác định màu sắc trang phục quét 106

3.2.2.3 Xác định tư thế của đối tượng quét 111

3.2.3 Đánh giá độ chính xác từ hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 113

3.3 Kết quả xây dựng phương pháp trích xuất dữ liệu đo kích thước cơ thể người 116

3.3.1 Kết quả xác định mốc đo cơ thể người từ dữ liệu đám mây điểm 116

3.3.2 Kết quả xác định kích thước cơ thể người bằng phương pháp 3D 126

3.3.3 Kết quả xây dựng phần mềm đo 3D kích thước cơ thể người 129

3.3.4 Đánh giá kết quả trích xuất dữ liệu kích thước cơ thể người 131

3.3.4.1 Đánh giá phương pháp trích xuất mốc đo kích thước cơ thể người 131 3.3.4.2 Kết quả đánh giá độ chính xác của kích thước đo cơ thể người 133

3.3.5 Ứng dụng đo các nhóm kích thước cơ thể nữ thanh niên VN 134

3.4 Kết luận chương 3 136

KẾT LUẬN LUẬN ÁN 138

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 140

TÀI LIỆU THAM KHẢO 141

MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 146

PHỤ LỤC 147

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CAD Computer Aided Design Thiết kế được sự hỗ

trợ của máy tính CMM Coordinate measuring machine Máy đo tọa độ

CCD Charge Coupled Device Cảm biến máy ảnh

DMD Digital micromirror device Thiết bị vi gương kỹ thuật số DLP Digital light processing Xử lí ánh sáng kỹ thuật số LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng DFP Digital fringe projection Chiếu vân kỹ thuật số

ICP Iterative Closest Points Các điểm lặp gần nhất

STD Standar deviation Độ lệch chuẩn

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Tóm tắt công cụ và công dụng của bộ dụng cụ thước đo Martin 12

Bảng 2 1 Khoảng biến thiên (biến thực và biến mã hoá) 54

Bảng 2 2 Bảng ma trận thí nghiệm 2 yếu tố 54

Bảng 2 3 Số lần thực nghiệm quét màu sắc trang phục 56

Bảng 2 4 Bảng các giá trị góc dang tay và khoảng cách bàn chân 57

Bảng 2 5 Bảng phương pháp đo của các kích thước cơ thể nữ 58

Bảng 2 6 Bảng xác định các mốc đo nhân trắc [11] 62

Bảng 2.7 Bảng quy định tọa độ điểm và xác định các mốc đo nhân trắc bằng phương pháp 3D 64

Bảng 3 1 Bảng kết quả thực nghiệm thay đổi khoảng cách chiếu………82

Bảng 3 2 Bảng giá trị các tham số 99

Bảng 3 3 Bảng ma trận thực nghiệm 2 yếu tố 99

Bảng 3 4 Giá trị mức xám trung bình của từng thực nghiệm 103

Bảng 3 5 Kết quả phân tích ANOVA về ảnh hưởng của hai yếu tố khoảng cách và cường độ ánh sáng đến chất lượng ảnh quét 3D 103

Bảng 3 6 Giá trị biến mã hóa và biến thực của các yếu tố ảnh hưởng và giá trị tối ưu của hàm Y 104

Bảng 3 7 Kết quả xác định giá trị mức xám của ảnh quét sau 3 lần quét 109

Bảng 3 8 Độ chênh lệch một số kích thước đo bằng phương pháp 115

Bảng 3 9 Độ chênh lệch trung bình tọa độ điểm mốc đo bằng phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc 132

Bảng 3 10 Độ chênh lệch kích thước đo bằng phương pháp đo 3D và phương pháp tiếp xúc (cm) 134

Bảng 3 11 Chênh lệch giá trị trung bình của 39 kích thước 135

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Phương pháp đo cơ thể người (nguồn [21]) 10

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý các mặt phẳng được sử dụng trong nhân trắc học 11

Hình 1 3 Bộ dụng cụ thước đo Martin 12

Hình 1 4 Sơ đồ thiết lập chụp ảnh 2D (nguồn [23, 38]) 13

Hình 1 5 Quy trình hệ thống đo không tiếp xúc 2D (nguồn [23]) 13

Hình 1 6 Thiết bị đo 2D kích thước cơ thể người 14

Hình 1 7 Đặt thước đo nhân trắc trên phông nền khi chụp ảnh (nguồn [23]) 15

Hình 1 8 Tư thế đứng quy định trong ISO 20685 đối với đo không tiếp xúc (nguồn [41]) 15

Hình 1 9 Ảnh mặt trước, sau và mặt bên hông (nguồn [43, 44]) 16

Hình 1 10 Quá trình xử lý ảnh (nguồn [23]) 16

Hình 1 11 a) Kích thước vòng cổ b) Kích thước vòng ngực (nguồn [43]) 17

Hình 1 12 Phân loại các công nghệ quét 3D (nguồn[46]) 18

Hình 1 13 Khuôn mặt quét dựa trên đa hình ảnh quang trắc (nguồn [48]) 19

Hình 1 14 Công nghệ quét laser (nguồn [48]) 19

Hình 1 15 Bên trái: sọc laser trên cơ thể con người (nguồn [48]) 20

Hình 1 16 Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng cấu trúc (nguồn [48]) 20

Hình 1 17 Máy quét face SCAN-II của Breuckmann GmbH (Đức) 21

Hình 1 18 Máy quét toàn cơ thể TriForm của Wicks and Wilson (nguồn [51]) 23

Hình 1 19 Máy quét toàn cơ thể Telmat (nguồn [51]) 23

Hình 1 20 Thiết bị quét cơ thể người 3D – NX16 của hãngTC2 (nguồn [50]) 23

Hình 1 21 Máy quét 3D ánh sáng trắng NX 16 của hãng TC2 (nguồn [50]) 23

Hình 1 22 Mẫu mã hóa Gray (nguồn [56]) 26

Hình 1 23 Phương pháp đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc (nguồn [45]) 26

Hình 1 24 Một số ứng dụng của thiết bị đo 27

Hình 1 25 Vị trí lắp đặt camera và chiều cao của camera (nguồn [23]) 28

Hình 1 26 Kích thước từ cảm biến đến bàn quay (nguồn [59]) 28

Hình 1 27 Tư thế đứng trong ISO 20685 (nguồn [41]) 29

Hình 1 28 Dữ liệu đầu bị mất do tóc (nguồn [64]) 30

Hình 1 29 Hình thể hiện đồ thị đường viền cơ thể (nguồn [69]) 31

Hình 1 30 Hình nguyên lý phương pháp xấp xỉ đa giác lồi 33

Hình 1 31 Bao lồi các điểm nằm trong trong cùng tập hợp điểm 34

Hình 1 32 Điểm nối bao lồi 35

Hình 1 33 Hình mô tả các bước trong thuật toán Graham 37

Hình 2 1 Biểu đồ phân bố mức xám……….41

Hình 2 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo 3D 42

Hình 2 3 Sơ đồ khối hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người 42

Hình 2 4 Sơ đồ nguyên lý quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray [77] 43

Hình 2 5 Hệ thống chiếu của máy chiếu và thu ảnh camera 44

Hình 2 6 Mô hình đo khoảng cách bằng thiết bị đo khoảng cách laser 45

Hình 2 7 Cụm cơ khí dịch chuyển 46

Hình 2 8 Tư thế quét cơ thể người [41] 46

Hình 2 9 Sơ đồ kết cấu của bàn quay 47

Hình 2 10 Sơ đồ kết cấu của cụm dịch chuyển đầu đo 47

Hình 2 11 Sơ đồ các khối điều khiển 48

Hình 2 12 Sơ đồ chia vùng quét trên đối tượng đo và của bàn quay 49

Hình 2 13 Quy ước hệ tọa độ gốc trên ảnh của CCD và DMD 51

Hình 2 14 Sơ đồ quy trình xử lý đám mây điểm 3D 52

Hình 2 15 Trang phục đề xuất cho đối tượng quét [41] 55

Hình 2 16 Các gam màu sắc được lựa chọn nghiên cứu 55

Hình 2 17 Các dạng tư thế thuộc tư thế đứng C 56

Hình 2 18 Vị trí góc dang tay và khoảng cách bàn chân của đối tượng quét 57

Hình 2 19 Vị trí xác định các mốc đo 63

Hình 2 20 Quy trình phương pháp xác định mốc đo từ dữ liệu quét 3D 64

Hình 2 21 Mô hình 3D cơ thể người 66

Hình 2 22 Thuật toán chuyển đổi từ obj sang xyz 66

Hình 2 23 Sơ đồ quá trình tách khung cơ thể và phân đoạn ảnh lưới điểm 3 chiều 67 Hình 2 24 Hình hộp chữ nhật OBB bao toàn bộ đám mây điểm 68

Hình 2 25 Hình phép chuyển đổi khi vật thể bị nghiêng 69

Hình 2 26 Sơ đồ thuật toán chiếu 1 chiều 70

Hình 2 27 Mô tả phép chiếu 1 chiều 70

Hình 2 28 Sơ đồ thuật toán phép chiếu 2 chiều 71

Hình 2 29 Mô tả phép quét và chiếu 2 chiều 71

Hình 2 30 Mô tả cách xác định eo chữ X 72

Hình 2 31 Nhóm kích thước vòng 74

Hình 2 32 Mặt cắt vuông góc với hướng dài nhất của hình hộp bao có hướng 75

Hình 2 33 Tập hợp điểm cắt lát và đường bao lồi 75

Hình 2 34 Đường bao lồi của các điểm trên mặt phẳng cắt 76

Hình 3 1 Hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người……… 80

Hình 3 2 Thực nghiệm thay đổi khoảng cách quét xác định chiều cao vùng chiếu 81 Hình 3 3 Kết cấu cụm cảm biến thiết bị đo 3D cơ thể người 82

Hình 3 4 Bàn quay đỡ đối tượng đo 83

Hình 3 5 Cụm dịch chuyển đầu đo 84

Hình 3 6 Sơ đồ mạch điện máy đo quét 3D 84

Hình 3 7 Tủ mạch điều khiển của thiết bị 85

Hình 3 8 Sơ đồ thuật toán điều khiển chuyển động hệ thống đo 86

Hình 3 9 Giao diện phần mềm điều khiển 86

Hình 3 10 Dữ liệu manocanh thu được khi chia cơ thể thành 5 khoảng quét 87

Hình 3 11 Chia bàn quay thành 4 góc quay 88

Hình 3 12 Dữ liệu thu được sau quét, xử lý ghép ảnh với độ lớn góc quay 900 88

Hình 3 13 Dữ liệu thu được sau quét, xử lý ghép ảnh với độ lớn góc quay 900 89

Hình 3 14 Dữ liệu thu được sau quét, xử lý ghép ảnh với độ lớn góc quay 900 90

Hình 3 15 Các vị trí quét 3D hệ thống đo 92

Hình 3 16 Mẫu chiếu mã hóa Gray 92

Hình 3 17 Mẫu chiếu mã hóa Gray 92

Hình 3 18 Chiếu mẫu chiếu mã Gray lên mẫu đo 93

Hình 3 19 Ảnh vị trí ô vuông bàn cờ dùng hiệu chuẩn đầu đo 94

Hình 3 20 Hiệu chuẩn đầu đo 94

Hình 3 21 Hiệu chuẩn đầu đo bằng ô bàn cờ 95

Hình 3 22 Mẫu ô vuông bàn cờ chụp 6 vị trí khác nhau để hiệu chuẩn 95

Hình 3 23 Các hệ số hiệu chuẩn đầu đo 95

Hình 3 24 Các ảnh 3D được lưu trữ trong file có dạng ply, stl, pts, ptx 96

Hình 3 25 Ảnh 3D xử lý xóa nhiễu 96

Hình 3 26 Các bước xử lý ghép ảnh 97

Hình 3 27 Dữ liệu đám mây điểm hoàn chỉnh 97

Hình 3 28 Ảnh quét ngực phía trái và biểu đồ giá trị mức xám đối với nền xanh 98

Hình 3 29 Ảnh quét ngực phía trái và biểu đồ giá trị mức xám đối với nền đen 98

Hình 3 30 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 99

Hình 3 31 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 100

Hình 3 32 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 100

Hình 3 33 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 100

Hình 3 34 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 101

Hình 3 35 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 101

Hình 3 36 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 101

Hình 3 37 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 102

Hình 3 38 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 102

Hình 3 39 Hình ảnh đám mây điểm và biểu đồ phân bố giá trị mức xám 102

Hình 3 40 Đồ thị 2D và 3D về mối liên hệ giữa các yếu tố điều kiện đến chất lượng ảnh quét 103

Hình 3 41 Hình ảnh kết cấu trang phục quét khi mặc trên cơ thể đối tượng quét 105 Hình 3 42 Hình ảnh dữ liệu đám mây điểm ảnh phần đầu đối tượng quét khi không đội mũ 105

Hình 3 43 Hình ảnh dữ liệu đám mây điểm ảnh phần đầu đối tượng quét khi đội mũ 105

Hình 3 44 Hình ảnh dữ liệu ảnh chụp từ hệ quét của máy quét 3D điểm ảnh quét lần 1 106

Hình 3 45 Hình ảnh dữ liệu đám mây điểm ảnh quét lần 2 107

Hình 3 46 Hình ảnh dữ liệu đám mây điểm ảnh quét lần 3 107

Hình 3 47 Đồ thị ảnh hưởng của màu sắc trang phục quét tới chất lượng ảnh quét 3D đánh giá thông qua tiêu chí mật độ điểm ảnh 108

Hình 3 48 Đồ thị xác định giá trị mức xám của ảnh quét khi trang phục quét có màu xám sáng 110

Hình 3 49 Đồ thị ảnh hưởng của màu sắc trang phục quét tới chất lượng ảnh quét 3D đánh giá thông qua tiêu chí giá trị mức xám của ảnh quét 110

Hình 3 50 Dữ liệu ảnh quét 3D khi thay đổi các góc dang tay 111

Hình 3 51 Dữ liệu ảnh quét 3D khi thay đổi đồng thời khoảng cách giữa 2 mũi chân và giữa 2 gót chân với người có xương chậu rộng 112

Hình 3 52 Dữ liệu ảnh quét 3D khi thay đổi đồng thời khoảng cách giữa 2 mũi chân và giữa 2 gót chân với người có xương chậu hẹp 112

Hình 3 53 Dữ liệu đám mây điểm manocanh thu được trên hệ thống quét 3D 113

Hình 3 54 Biểu đồ đo kích thước vòng ngực 113

Hình 3 55 Các lần đo kích thước vòng mông 114

Hình 3 56 Các lần đo kích thước chiều cao 114

Hình 3 57 Biểu đồ kích thước cơ thể người theo các phương pháp đo 115

Hình 3 58 Dữ liệu đám mây điểm 3D của hai định dạng 116

Hình 3 59 Kết quả phân đoạn ảnh dữ liệu đám mây điểm của cơ thể người 116

Hình 3 60 Hình hộp bao có hướng của đám mây điểm 117

Hình 3 61 Sự phân bố điểm của biên dạng đường cong cơ thể 117

Hình 3 62 Mô phỏng thuật toán tìm điểm mốc đỉnh đầu 118

Hình 3 63 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc ụ sau đầu 118

Hình 3 64 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc giữa trán 118

Hình 3 65 Kết quả tìm điểm mốc đỉnh ngực 118

Hình 3 66 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc đỉnh mông 119

Hình 3 67 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc hông 119

Hình 3 68 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc hõm ức cổ 120

Hình 3 69 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc dưới ngực 120

Hình 3 70 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc nếp lằn mông 120

Hình 3 71 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc bắp chân 120

Hình 3 72 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc gót chân 121

Hình 3 73 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc rốn 121

Hình 3 74 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc khuỷu tay 121

Hình 3 75 Kết quả mô phỏng tìm điểm mốc đáy chậu 121

Hình 3 76 Mô phỏng kết quả tìm điểm cổ chân, mắt cá tay 122

Hình 3 77 Mô phỏng kết quả tìm điểm bắp tay 122

Hình 3 78 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc đầu gối 122

Hình 3 79 Mô phỏng kêt quả tìm điểm đốt sống cổ 7 123

Hình 3 80 Mô phỏng kết quả tìm điểm eo 123

Hình 3 81 Mô phỏng kết quả tìm điểm bụng 123

Hình 3 82 Xác định mốc mỏm cùng vai và góc cổ vai, nếp nách trước, 124

Hình 3 83 Mô phỏng kết quả tìm mốc nếp nách trước và sau 124

Hình 3 84 Mô phỏng kết quả tìm điểm mỏm cùng vai 124

Hình 3 85 Mô phỏng kêt quả tìm điểm góc cổ vai 124

Hình 3 86 Mô phỏng kết quả tìm điểm mép ngoài mào chậu 125

Hình 3 87 Mô phỏng của các mốc đo trên mô hình 125

Hình 3 88 Các kích thước chiều cao 126

Hình 3 89 Các kích thước chiều dài và rộng 126

Hình 3 90 Các kích thước đo vòng và chu vi 127

Hình 3 91 Xác định kích thước chu vi vòng eo 127

Hình 3 92 Dùng Convex Hull xác định kích thước chu vi vòng eo 128

Hình 3 93 Xác định kích thước chu vi vòng ngực 128

Hình 3 94 Dùng Convex Hull xác định kích thước chu vi vòng ngực 129

Hình 3 95 Biên dạng bao lồi của tập điểm trên mặt cắt tại vị trí vòng ngực 129

Hình 3 96 Giao diện phần mềm đo 3D kích thước cơ thể người 130

Hình 3 97 Kết quả trích xuất các mốc đo 130

Hình 3 98 Kết quả trích xuất kích thước cơ thể 131

Hình 3 99 Kết quả dữ liệu đám mây điểm có dán mốc và không dán mốc 131

Hình 3.100 Biểu đồ sai số trích xuất mốc đo của phương pháp 3D so với phương pháp tiếp xúc……….……… 136

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, trong xu thế hội nhập kinh tế thế giới, ngành dệt may đang chứng tỏ là ngành mũi nhọn thể hiện qua kim ngạch xuất khẩu liên tục tăng Người tiêu dùng hiện đại đòi hỏi các sản phẩm quần áo có hiệu suất đa chức năng cao, khá khó khăn khi tìm kiếm sản phẩm may mặc vừa thoải mái mà còn vừa vặn và đảm bảo an toàn sức khỏe Một số yếu tố ảnh hưởng đến điều này trong đó phải kể đến hệ thống cỡ số trang phục, hệ thống kích thước cơ thể người, hình thái cơ thể người …là cơ sở cho việc thiết kế trang phục Chính vì vậy việc lấy được dữ liệu cơ thể người, dữ liệu nhân trắc một cách chính xác, nhanh chóng luôn được sự quan tâm cần thiết của các ngành khác nhau trong đó

có ngành may mặc

Hiện nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về hệ thống cỡ số quần áo, kích thước

cơ thể người nhằm đáp ứng nhu cầu thiết kế, sản xuất các sản phẩm may sẵn với số lượng lớn đảm bảo sự vừa vặn cho người mặc Thêm nữa theo thời gian, do sự phát triển của điều kiện kinh tế - văn hóa - xã hội, hình dáng kích thước cơ thể của con người cũng thay đổi Do đó, hệ thống cỡ số quần áo phải được bổ sung thường xuyên đảm bảo sự vừa vặn và tính tiện nghi cho người sử dụng Nhưng việc ứng dụng nhân trắc học để xây dựng hệ thống cỡ số quần áo trong nước còn hạn chế vì chưa có thiết

bị đo hiện đại, sử dụng phương pháp đo tiếp xúc là chủ yếu Hơn nữa tính chính xác

và tính nhất quán của phép đo tiếp xúc có xu hướng bị ảnh hưởng do con người trong quá trình đo, ngoài ra còn tốn nhiều thời gian để thực hiện đo [1] Với sự tiến bộ của công nghệ quang học hiện đại, có thể đo kích thước cơ thể người một cách hiệu quả với các phương pháp đo không tiếp xúc như 2D và 3D Đặc biệt hệ thống quét cơ thể 3D được ứng dụng trong rất nhiều ngành như: Phim ảnh, Y học, Quân đội Gần đây có đề tài nghiên cứu về xây dựng hệ thống kích thước cơ thể bằng phương pháp chụp ảnh 2D, quá trình xác định mốc tự động trong 2D đã được đề cập, nhưng hạn chế của phương pháp này là không phản ánh vị trí thực sự của bộ phận cơ thể trong không gian Bên cạnh đó những mốc ở vị trí đặc biệt như vùng nách hoặc háng còn hạn chế rất nhiều

Phương pháp đo 3D mô phỏng được cơ thể người trong không gian ba chiều thông qua phần mềm xử lý tạo ra đám mây điểm ảnh, dữ liệu này có thể lưu trữ và được sử dụng nhiều lần với các mục đích khác nhau cho hàng may mặc mà không cần đo lại Các phép đo sử dụng công nghệ này được đánh giá là chính xác, nhanh,

so với phương pháp đo tiếp xúc hay phương pháp đo khác Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp đo sử dụng để xác định kích thước cơ thể người được phát triển trên nhiều hệ thống khác nhau, mục tiêu chung của họ là trích xuất dữ liệu về nhân trắc học một cách hợp lý, khoa học và đáng tin cậy Tuy nhiên,

ở Việt Nam chưa có công trình nào nghiên cứu xây dựng phương pháp đo kích thước

cơ thể người bằng công nghệ quét 3D không tiếp xúc

Chính vì lý do trên luận án lựa chọn đề tài: Nghiên cứu đo kích thước cơ thể

người bằng phương pháp đo 3D không tiếp xúc trong ngành may là cần thiết và thiết

thực hiện nay Công trình này nghiên cứu đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp quét 3D, và được ứng dụng trong may mặc Đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3D không tiếp xúc được nghiên cứu thành công sẽ là một công nghệ mới ở Việt Nam, phần nào đóng góp đổi mới công việc thu thập dữ liệu nhân trắc phục vụ cho ngành công nghiệp may phát triển sản xuất trong tương lai

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Dữ liệu nhân trắc học được sử dụng rộng rãi trong Y học, An ninh nói chung

và lĩnh vực Dệt may nói riêng Theo nghiên cứu trên thế giới thì cứ 5 năm cần phải cập nhập làm mới hệ thống cỡ số trang phục, để đáp ứng được nhu cầu về tính thẩm

mĩ và độ vừa vặn của người sử dụng

Hiện nay phương pháp thu thập kích thước cơ thể người có 2 phương pháp chính

là khảo sát nhân trắc bằng phương pháp đo tay trực tiếp hay còn gọi là phương pháp

đo tiếp xúc Phương pháp thứ 2 là phương pháp đo không tiếp xúc như chụp ảnh 2D

và công nghệ quét 3D

Với phương pháp đo tiếp xúc là đo từng thông số, kích thước bằng các dụng cụ

đo như thước dây tiếp xúc trực tiếp vào cơ thể, kết quả đo của phương pháp này hầu như dựa vào cảm giác và phán đoán của người thực hiện đo nên đòi hỏi người đo cần

có kinh nghiệm lâu năm trong ngành Bởi vậy dữ liệu đo không được thống nhất và đặc biệt là các số đo chưa thể hiện hết được biên dạng cơ thể Đây là một công việc phức tạp, tốn kém nhân lực và kinh phí, đòi hỏi sự phối hợp của nhiều nhà chuyên môn: Nhân trắc học, toán thống kê và xử lý số liệu, các nhà thiết kế, công nghệ may Thập kỷ qua, phương pháp quét 3D đã trở thành một công cụ đầy hứa hẹn trong quá trình lấy dữ liệu nhân trắc học như hệ thống đo TC2, Cyberware, TriForm, Vitus,

Tsai et al [3] Nhưng ở Việt Nam thì phương pháp đo 3D kích thước cơ thể người

chưa được sử dụng rộng rãi và hiệu quả

Lý do khác nữa là hầu như các công ty sản xuất máy quét 3D trên thế giới không sẵn lòng chia sẻ thông tin về công nghệ quét của họ Một số công ty đưa ra cách thức thu thập dữ liệu đo, các mốc đo và kích thước đo nhưng chỉ chung chung, khái quát Thông tin độc quyền của các nhà nghiên cứu, sản xuất nằm trong các thuật toán học, đại số để xử lý dữ liệu Hầu như tất cả các công ty sản xuất máy quét đang giữ bí mật này, vì đây là yếu tố có thể tạo ra lợi thế cạnh tranh của họ Do vậy gây khó khăn cho việc phát triển công nghệ quét 3D đặc biệt ở Việt Nam

Với các vấn đề nêu ở trên thì việc nghiên cứu đo kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo 3D thông qua thiết lập, xây dựng một thiết bị đo với công nghệ đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc thật sự rất cần thiết giúp việc lấy dữ liệu một cách hiệu quả, nhanh chóng, chính xác, hơn nữa nó còn lưu trữ được dữ liệu và biên dạng 3D

cơ thể người có thể khai thác bất cứ lúc nào cho các mục đích khác nhau Đặc biệt tác giả làm chủ được hệ thống đo, quy trình đo, phương pháp đo, dữ liệu đo là bước đầu góp phần vào việc phát triển phương pháp đo, trích xuất dữ liệu đo 3D, hệ thống

đo 3D không tiếp xúc đo cơ thể người ở Việt Nam

Từ đó với mục đích ứng dụng việc thu thập được dữ liệu nhân trắc bằng phương pháp đo không tiếp xúc phục vụ cho ngành may mặc hay xây dựng hệ thống kích thước cơ thể người để sản xuất các sản phẩm may trong công nghiệp, đáp ứng được

số đông người sử dụng và các dạng người khác nhau nhằm tăng cường các sản phẩm may sẵn là một nhu cầu cần thiết Bởi vậy việc xây dựng phương pháp đo kích thước

cơ thể người từ dữ liệu quét 3D thông qua hệ thống đo 3D cơ thể người là bước đi ban đầu, quan trọng góp phần thúc đẩy sự phát triển sản xuất may mặc công nghiệp

ở Việt Nam

Chính vì vậy đề tài luận án “Nghiên cứu đo kích thước cơ thể người bằng

phương pháp đo 3D không tiếp xúc trong ngành may” được đặt ra để giải quyết một

phần cơ bản vấn đề còn tồn tại, đáp ứng với nhu cầu hiện nay

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Nghiên cứu xây dựng phương pháp đo kích thước cơ thể người thông qua hệ thống đo không tiếp xúc, sử dụng ánh sáng cấu trúc thu thập dữ liệu quét 3D cơ thể người, phương pháp xử lý dữ liệu quét, phương pháp trích xuất tự động mốc đo và kích thước cơ thể người ứng dụng trong ngành may

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

- Xác lập được cơ sở khoa học của phương pháp đo kích thước cơ thể người sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray đảm bảo độ chính xác, tin cậy, khoa học, khách quan của kết quả đo và an toàn đối với cơ thể người

- Là cơ sở khoa học để chế tạo thiết bị nghiên cứu và thương mại quét 3D cơ thể người, ứng dụng xác định kích thước cơ thể người góp phần nâng cao giá trị sử dụng, hiệu quả kinh tế và năng lực sản xuất sản phẩm may mặc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Việt Nam

- Nội dung nghiên cứu của luận án là sự phối hợp liên ngành khoa học: Công nghệ May - Công nghệ chế tạo Cơ khí chính xác - Toán ứng dụng - Công nghệ thông tin Luận án là một đóng góp có giá trị trong việc phát triển, gia tăng tri thức khoa học trong lĩnh vực thiết kế trang phục ở Việt Nam

4 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật quang học thiết lập hệ thống đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray, thu thập dữ liệu đám mây điểm ảnh 3D cơ thể người có độ chính xác cao Kỹ thuật xử lý dữ liệu sau quét chuyển đổi từ dữ liệu đám mây điểm ảnh chuyển sang dạng lưới tam giác để xây dựng mô hình bề mặt 3D cơ thể người Luận án thu thập dữ liệu bề mặt 3D cơ thể người làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho bài toán trích xuất mốc đo và kích thước cơ thể trong ngành may

- Thiết lập hệ cơ khí cho thiết bị đo, hệ thống điện điều khiển quá trình đo, phương pháp hiệu chuẩn hệ thống đo và xác định các điều kiện thực nghiệm đo tối ưu của hệ thống đo 3D gồm các yếu tố: Hình dáng, kết cấu, màu sắc trang phục quét; Cường độ ánh sáng, phông nền và lựa chọn tư thế quét tối ưu cho hệ thống đo đảm bảo chất lượng của dữ liệu đo

- Hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người cho phép ứng dụng thu thập và trích xuất dữ liệu đo một cách thuận tiện, hiệu quả, đảm bảo kết quả đo có độ chính xác, tin cậy và khách quan Hệ thống đo có giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng, có sai số nằm trong phạm vi cho phép về đo kích thước cơ thể người sử dụng trong xây dựng

hệ thống cỡ số quần áo, sản xuất may công nghiệp phục vụ thị trường tiêu dùng nội địa Việt Nam

5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Xây dựng cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người bằng phương pháp đo không tiếp xúc dạng ánh sáng trắng có cấu trúc mã Gray, đáp ứng yêu cầu của quá trình đo nhân trắc nhằm thu thập dữ liệu đám mây điểm ảnh

bề mặt cơ thể người ứng dụng trong ngành may Luận án sử dụng ánh sáng trắng có cấu trúc mã Gray với số ảnh mẫu 42 chiếu theo 2 phương vuông góc để giảm độ nhiễu ảnh hưởng của môi trường xung quanh nhằm thu được kết quả đo kích thước cơ thể người với độ chính xác đến 1 mm đáp ứng được yêu cầu đo lường trong ngành may

- Chế tạo thành công Hệ thống đo quét 3D thực nghiệm, đo được kích thước cơ thể người có chiều cao dao động từ 146cm đến 167cm Phạm vi làm việc của cảm biến đo 500x500 mm với khoảng cách quét 933 mm, đạt được độ phân giải 0,5mm

Hệ thống dịch chuyển đo gồm cụm dịch chuyển tịnh tiến đầu đo đến 1800 mm tới tốc

độ 10mm/s, cụm bàn quay mẫu đo 360° với tốc độ 3 vòng/phút Thời gian thực hiện quét toàn bộ cơ thể người là 4,3 phút/một người quét Hệ thống đo 3D thực nghiệm được chế tạo luôn hoạt động ổn định và có khả năng thương mại hóa

- Xây dựng được phương pháp hiệu chuẩn, khảo sát hệ thống thiết bị đo gồm máy chiếu và cụm cảm biến nhằm xác định đường đặc tính về cường độ chiếu, cường độ thu của cụm cảm biến Xác định điều kiện quét của môi trường xung quanh như cường

độ ánh sáng, phông nền, khoảng cách quét, trang phục quét, tư thế quét hiệu chỉnh nâng cao chất lượng hình ảnh và độ chính xác của hệ thống thiết bị đo

- Đã xây dựng cơ sở lý thuyết các phương pháp và thuật toán, mã code xác định

hệ thống 26 mốc đo theo tiêu chuẩn TCVN-1571-2009, bao gồm 4 nhóm mốc: nhóm

1 gồm 14 mốc, nhóm 2 gồm 5 mốc, nhóm 3 gồm 2 mốc, nhóm 4 gồm 5 mốc Các thuật toán dựa trên cơ sở mối tương quan đặc điểm nhân trắc học cơ thể người, cho phép định vị tự động các mốc đo nhân trắc học trên dữ liệu 3D cơ thể người, từ đó xác định chính xác các mốc đo lõm, mốc đo lồi và mốc đo nội suy của cơ thể Ứng dụng thành công phương pháp Mean Curvature Skeleton (tính độ cong trung bình) để tính toán phân tích xác định khung cơ thể tách thành bộ phận và phân đoạn ảnh của

dữ liệu quét 3D cơ thể người để đảm bảo độ chính xác

- Đã xây dựng cơ sở lý thuyết các phương pháp, thuật toán và mã code trích xuất

39 kích thước cơ thể người theo TCVN-1571-2009, các loại kích thước: thẳng, dài, vòng chu vi Sử dụng thuật toán Convex Hull (bao lồi) để tính chu vi kích thước vòng

Dữ liệu trích xuất khi đo lường thực nghiệm đã được đánh giá so sánh với phương pháp đo tiếp xúc là với nhóm kích thước chiều cao sai số lớn nhất là 1.55 cm, nhóm kích thước chiều dài có sai số là 0.54cm, nhóm kích thước vòng có sai số lớn nhất là 0.87 cm

- Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển hệ thống đo lường 3D và đo lường kích thước thước cơ thể người trên ngôn ngữ lập trình C#, thuận tiện, dễ sử dụng và hoạt động ổn định trên hệ thống đo thực nghiệm kích thước cơ thể người đã chế tạo lần đầu tiên ở Việt Nam Dữ liệu quét 3D là cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng hệ thống cỡ số quần áo để phục vụ nghiên cứu và sản xuất trong ngành may mặc Việt nam

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

Luận án gồm 3 chương:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Hệ thống cỡ số quần áo và thông số kích thước cơ bản thiết kế quần áo

1.1.1 Hệ thống cỡ số quần áo

1.1.1.1 Tổng quan hệ thống cỡ số quần áo trên thế giới

Việc khảo sát nhân trắc học nhằm tiến tới những ứng dụng trong may mặc đã được các quốc gia trên thế giới quan tâm từ rất sớm Trong thập niên 1920 nhu cầu sản xuất quần áo với số lượng lớn nên cần phải có một hệ thống cỡ số tiêu chuẩn Ở

Mỹ ngay từ năm 1921, họ đã tiến hành đo 100000 nam giới trong quân đội nhằm đưa

ra báo cáo đầu tiên về kí hiệu cỡ quần áo Từ những năm 50, các cuộc khảo sát cỡ số cũng đã được tiến hành ở các quốc gia châu Âu Tại châu Á, Nhật Bản là nước đầu tiên thực hiện cuộc khảo sát nhân trắc học vào năm 1965 – 1966, tiếp theo là các nước: Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan…Tuy nhiên các quốc gia này đều thực hiện bằng phương pháp đo tay trực tiếp Vào năm 1992 – 1994, Nhật Bản cũng là nước đầu tiên trên thế giới sử dụng máy quét cơ thể 3D để thực hiện một cuộc khảo sát lớn trên phạm vi toàn quốc gia Kết quả này được công bố “Số liệu kích thước cơ thể Nhật Bản 1992 – 1994” Anh là nước tiếp theo thực hiện khảo sát nhân trắc học bằng thiết bị quét cơ thể 3D vào năm 1996 Kết quả của cuộc khảo sát này đã giúp xây dựng nên bản tiêu chuẩn cỡ số Anh năm 2003 Kế thừa thành công các nghiên cứu này, một loạt các quốc gia khác như Mỹ, các nước châu Âu, Trung Quốc cũng đã tiến hành các cuộc điều tra nhân trắc học bằng thiết bị quét 3D nhằm xây dựng hệ thống

cỡ số quần áo của riêng họ

Sự phát triển của nhân trắc học được tóm tắt theo các mốc thời gian như sau:

- 1945 Tổ chức đặt hàng tại nhà của Mỹ đề xuất tiêu chuẩn thương mại CS151 cho công nghiệp may

- 1947 Viện tiêu chuẩn Anh phát triển tiêu chuẩn cỡ số quần áo, một loạt tiêu chuẩn sản phẩm như áo khoác của phụ nữ [4]

- 1954 Tổ chức tiêu chuẩn Đan Mạch phát hành tiêu chuẩn DS 923 cho các cỡ

số của phụ nữ

- 1955 – 1959 Viện khoa học Ba Lan phối hợp với phòng thí nghiệm trung tâm công nghiệp may thực hiện cuộc điều tra nhân trắc để xây dựng một hệ thống cỡ số quần áo

- 1957 – 1958 Đức ban hành bảng cỡ số cơ thể người đầu tiên

- 1958 Tiêu chuẩn Mỹ CS215 – 58 tên “Số đo kích cỡ cơ thể cho quần áo và mẫu phụ nữ được NBS phát hành dựa trên sự phân tích số liệu năm 1939 – 1940

- 1963 Viện tiêu chuẩn Hà Lan ban hành hệ thống cỡ số cho quần áo nam

- Năm 1968, Thụy Điển nước thành viên của tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO đã

đề xuất thành lập một Uỷ ban xây dựng hệ thống cỡ số cho trang phục lấy tên là ISO/TC 133 Hơn 30 nước đã tham gia là thành viên của Uỷ ban Tuy nhiên năm

1969, sau nhiều nghiên cứu và hội thảo, hội đồng ủy ban đã đưa ra kết luận: Việc xây dựng một hệ thống cỡ số Quốc tế cho quần áo là không thể thực hiện được do sự khác biệt lớn giữa đặc điểm nhân trắc của các chủng tộc và vấn đề dân số, tôn giáo Do đó, nghiên cứu của ISO/TC 133 tập trung vào việc tiêu chuẩn hóa các thành phần của một hệ thống cỡ số quần áo và đề xuất các hướng dẫn cho việc xây dựng một hệ thống

cỡ số quần áo hơn là xây dựng một hệ thống cỡ số tiêu chuẩn Quốc tế Kết quả của

các cuộc nghiên cứu sau đó cho ra đời các tiêu chuẩn và hệ thống các cỡ số quần áo như tiêu chuẩn Anh, tiêu chuẩn châu âu, ISO, [4, 5, 6, 7, 8, 9]

Nhận xét: Nghiên cứu xây dựng hệ thống cỡ số quần áo trên thế giới luôn cải tiến và mang lại hiệu quả cao Hệ thống cỡ số quần áo đa dạng phù hợp nhiều kích

cỡ, vùng, địa lý Hệ thống được cập nhật thường xuyên, đáp ứng nhu cầu phát triển

xã hội

1.1.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống cỡ số quần áo tại Việt Nam

Việt Nam là một nước có ngành công nghiệp nhẹ phát triển, ngành dệt may có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, cung cấp các mặt hàng thiết yếu cho

xã hội, giải quyết việc làm cho một lực lượng lớn lao động Ngay từ khi ngành công nghiệp may ra đời và phát triển, các nghiên cứu về nhân trắc để xây dựng hệ thống

cỡ số quần áo đã được quan tâm

- Năm 1966, Ủy ban KH & KT Nhà nước đã ban hành 02 tiêu chuẩn cỡ số đầu tiên có ứng dụng số đo nhân trắc, phân loại 15 cỡ áo sơ mi và cỡ quần âu nam giới

- Năm 1970, Ủy ban KH & KT Nhà nước đã ban hành các tiêu chuẩn:

+ Từ TCVN 371 – 70 về cỡ số quần áo trẻ em nam và nữ;

+ TCVN 1267 – 72 đến TCVN 1268 – 72 về cỡ số quần áo nữ giới;

+ TCVN 1689 – 75 và TCVN 1681 – 75 về cỡ số quần áo nam giới

- Năm 1974: TCVN 1267 – 72, dùng phương pháp đo tiếp xúc cơ thể nữ, hệ thống gồm 45 kích thước

- Năm 1974: TCVN 1268 – 72, dùng phương pháp đo tiếp xúc cơ thể nữ với đối tượng nghiên cứu cỡ số quần áo nữ, chọn chiều cao đứng và vòng ngực lớn nhất làm kích thước chủ đạo với bước nhảy tương ứng 6cm, hệ thống gồm 15 cỡ số

- Năm 1976: TCVN 1680 – 75, dùng phương pháp đo tiếp xúc cơ thể nam với đối tượng nghiên cứu cỡ số quần áo nam, hệ thống gồm 42 kích thước

- Năm 1982, trong quân đội ban hành hệ thống cỡ số quần áo cho quân nhân

- Năm 2009: TCVN 5781 – 2009: Phương pháp đo cơ thể người và TCVN 5782 – 2009: Hệ thống cỡ số tiêu chuẩn quần áo, sử dụng phương pháp đo tiếp xúc Đối tượng nghiên cứu gồm trẻ sơ sinh, học sinh nữ, học sinh nam, nữ tưởng thành, nam trưởng thành [10, 11]

Bên cạnh TCVN thì các nhà nghiên cứu khoa học cũng đã quan tâm và nghiên cứu một số công trình như sau:

- Năm 1999, đề tài KH “Xây dựng hệ thống cỡ số quần áo nam trong độ tuổi lao động trên cơ sở đo nhân trắc cơ thể người” – Đề tài Tổng công ty Dệt May Bộ Công Nghiệp

- Năm 2000 – 2003, đề tài KH “Xây dựng hệ thống cỡ số quân trang bằng phương pháp đo nhân trắc” – Đề tài cấp Bộ Quốc Phòng

- Năm 2001: Nguyễn Thị Hà Châu với đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xây dựng

hệ thống cỡ số quân trang theo phương pháp nhân trắc” áp dụng phương pháp điều tra cắt ngang, với số lượng 3528 nam quân nhân, 1621 nữ quân nhân với 52 kích thước đo quần áo Chọn kích thước chủ đạo đối với nam là chiều cao đứng, vòng ngực lớn nhất và vòng bụng Đối với nữ quân nhân: Chiều cao đứng, vòng ngực lớn nhất và vòng mông Bước nhảy chiều cao đứng 6cm, vòng ngực 6cm, vòng eo 6cm, vòng mông 6cm [12]

- Năm 2007 – 2008, đề tài KH “Xây dựng hệ thống cỡ số quần áo phụ nữ, trẻ em trên cơ sở số đo nhân trắc người Việt Nam”, Viện Dệt May

- Năm 2009: Đề tài KH “Xây dựng hệ thống cỡ số quần áo nam nữ và trẻ em trên

cơ sở số đo nhân trắc người Việt Nam” – Đề tài Viện Dệt may Việt Nam do TS Nguyễn Văn Thông làm chủ nhiệm Đối tượng khảo sát nhân trắc là nam giới từ 18 – 25 tuổi, nữ giới từ 18 – 55 tuổi, trẻ em từ 6 – 17 tuổi Đề tài đã sử dụng hai phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc 3D Chọn kích thước chủ đạo là chiều cao, vòng ngực, vòng cổ, tùy theo sản phẩm [13]

- Năm 2010: Bùi Thúy Nga, chủ nhiệm đề tài: “Nghiên cứu xây dựng phân cấp các bảng cỡ số cho một số sản phẩm may dành cho phụ nữ” Tác giả đã sử dụng chiều cao đứng, vòng ngực, và chỉ số Drop làm kích thước chủ đạo đối với sản phẩm dạng

ôm sát cơ thể Còn đối với sản phẩm không ôm sát chọn chiều cao đứng, vòng ngực làm kích thước chủ đạo [14]

- Năm 2011: Bùi Thúy Nga, chủ nhiệm đề tài "Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo

cơ thể 3D trong xây dựng bộ mẫu kỹ thuật chuẩn cho sản phẩm quần âu và áo sơ mi nam" Tác giả đã sử dụng chiều cao đứng, vòng ngực, chỉ số Drop làm kích thước chủ đạo và bước nhảy chiều cao đứng là 5cm, vòng ngực là 4cm cho sản phẩm có yêu cầu ôm sát Đối với sản phẩm áo sơ mi chọn vòng cổ và chiều dài tay làm kích thước chủ đạo Đối với sản phẩm không ôm sát có bước nhảy chiều cao đứng là 5cm

và vòng ngực là 4cm [15]

- Năm 2011: Nguyễn Phương Hoa, Trần Thị Minh Kiều chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu xây dựng bộ mẫu kỹ thuật chuẩn cho sản phẩm áo vest nữ Việt Nam” Tác giả đã

sử dụng phương pháp đo không tiếp xúc 3D cho đối tượng là nữ cán bộ lứa tuổi

35-55 với 35 kích thước đo Chọn kích thước chủ đạo là chiều cao đứng vòng ngực, rộng vai, chỉ số Drop và bước nhảy chiều cao đứng là 4cm, vòng ngực là 4cm, vai là 1cm cho sản phẩm ôm sát [16]

- Năm 2012: Phan Thanh Thảo nghiên cứu đề tài “Xây dựng hệ thống cỡ số quần

áo và chế tạo bộ ma-nơ-canh chuẩn kích thước cơ thể trẻ em lứa tuổi mẫu giáo và tiểu học

địa bàn thành phố Hà Nội sử dụng trong thiết kế công nghiệp” Tác giả chọn đối tượng

nghiên cứu là trẻ em Hà Nội lứa tuổi từ 6-11 Chọn kích thước chủ đạo đối với trẻ em nam nữ là chiều cao đứng với bước nhảy là 6cm, kích thước vòng mông với bước nhảy là 4cm [17]

Nhận xét: Hệ thống cỡ số quần áo quốc gia đã được cập nhập vào năm 2009, trên thực tế với tốc độ phát triển về thể chất của con người thì phần nào hạn chế về mức độ phù hợp Chính vì vậy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này, tuy nhiên hầu như dùng phương pháp đo tiếp xúc trực tiếp bằng tay là chủ yếu, bên cạnh đó chưa được đầu tư đúng mức nên phương pháp ứng dụng và phạm vi ứng dụng còn hẹp, nên không thể đáp ứng hết được hệ thống cỡ số quần áo phạm vi quốc gia

1.1.2 Khảo sát thông số kích thước cơ bản thiết kế quần áo

Việc lựa chọn các thông số kích thước cơ thể người để thiết kế quần áo công nghiệp là một công việc hết sức quan trọng quyết định sự thành công của khâu thiết

kế trong sản xuất quần áo công nghiệp Nếu đưa ra không đầy đủ thông số kích thước

cơ thể người thì không thể thiết kế được kiểu dáng quần áo có kết cấu đa dạng, phong phú, phù hợp với xu hướng thời trang đáp ứng cho người tiêu dùng Ngược lại nếu chọn lựa quá nhiều thông số kích thước cơ thể người, giúp cho việc thiết kế công nghiệp càng chính xác, càng thuận lợi và đa dạng mẫu mã sản phẩm may, đồng thời thỏa mãn được yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng, nhưng nó lại tốn nhiều thời

gian công sức, kinh phí nghiên cứu, thu thập số liệu, dẫn đến hiệu quả kinh tế không cao trong sản xuất may công nghiệp Vì vậy phải chọn lựa bao nhiêu thông số kích thước nhân trắc để thiết kế công nghiệp có hiệu quả nhất, điều này nó phụ thuộc vào: Hình dáng cơ thể người; Phương pháp thiết kế quần áo; Kết cấu quần áo; Tính chất vật liệu gia công Các yếu tố trên là cơ sở để đi đến quyết định lựa chọn số lượng thông số kích thước nhân trắc cần đo trên cơ thể người Một số kích thước cơ bản thiết kế công nghiệp của các nước được xây dựng trên cơ sở hình dáng cơ thể, kết cấu từng loại sản phẩm và phương pháp thiết kế riêng của từng nước [18, 19, 20] cụ thể:

- Các kích thước cơ bản thiết kế quần áo công nghiệp của Anh: Bao gồm 20 kích thước;

- Các kích thước cơ bản thiết kế quần áo công nghiệp của Úc gồm 17 kích thước;

- Các kích thước thiết kế quần áo trong may công nghiệp của Nga bao gồm 43 kích thước;

- Các kích thước cơ bản thiết kế quần áo công nghiệp của Mỹ bao gồm 43 kích thước;

- Các kích thước thiết kế quần áo trẻ em trong may công nghiệp của TCVN

- Các kích thước thiết kế quần áo bộ đội trong “Nghiên cứu xây dựng hệ thống

cỡ số quân trang theo phương pháp nhân trắc học” bao gồm 52 kích thước

trên thế giới, nhân trắc học ở trong nước đã có bước phát triển vượt bậc Tuy nhiên phần lớn các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ứng dụng cho ngành Y, sau đó là nghiên cứu ứng dụng cho Ergonomics Đối với ngành công nghiệp May thì công trình nghiên cứu còn mới so với bề dày nghiên cứu của hai lĩnh vực

trên

Việc ứng dụng phương pháp nghiên cứu đo kích thước nhân trắc học để cải tiến

và mang lại hiệu quả cao trong xây dựng hệ thống cỡ số quần áo nói chung và xây dựng hệ thống cỡ số quần áo phục vụ thiết kế các sản phẩm công nghiệp cho nữ giới

là việc làm hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện nay Đặc biệt hệ thống cỡ số quần

áo phục vụ thiết kế quần áo trong may công nghiệp theo một số nghiên cứu cũng như tiêu chuẩn Việt Nam từ 30 kích thước trở lên, đây là cơ sở cho nghiên cứu xác định được số lượng kích thước cơ thể người phục vụ thiết kế quần áo cho người Việt nam của luận án

1.2 Phương pháp đo kích thước cơ thể người

Phương pháp, thiết bị và công cụ để đảm bảo kết quả đo đạt độ chính xác mong muốn

[21] Phương pháp đo là cách đo, thủ thuật để xác định thông số cần đo Tùy thuộc

vào cơ sở để phân loại phương pháp đo khác nhau [22]:

- Phân loại dựa vào đầu đo và chi tiết đo: Chia ra phương pháp đo tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc

+ Phương pháp đo tiếp xúc: Là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo

tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo, áp lực này làm cho vị trí đo ổn định Tuy nhiên do

có áp lực đo mà khi tiếp xúc không tránh khỏi sai số do các biến dạng có liên quan đến áp lực đo gây ra, đặc biệt là khi đo các chi tiết bằng vật liệu mềm dễ biến dạng

+ Phương pháp đo không tiếp xúc: Là phương pháp đo không có áp lực đo giữa yếu

tố đo và bề mặt chi tiết đo như khi đo bằng máy quang học, vì không có áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị biến dạng, hoặc bị cào xước…

- Dựa vào quan hệ giữa các giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lượng

đo Chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo tương đối (phương pháp đo

so sánh):

+ Phương pháp đo tuyệt đối: Toàn bộ giá trị cần đo được chỉ thị trên dụng cụ đo,

phương pháp đo này đơn giản, ít nhầm lẫn nhưng hành trình đo dài nên độ chính xác kém

+ Phương pháp đo tương đối (phương pháp so sánh): Giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo

chỉ sai lệch giữa giá trị đo và giá trị chuẩn dùng khi chỉnh “O”

- Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo Chia ra phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp [21, 22, 23]:

+ Phương pháp đo trực tiếp: Là sử dụng thiết bị, dụng cụ đo hay các mẫu đo (các

chuẩn) để đánh giá số lượng của đại lượng cần đo Kết quả đo chính là trị số của đại lượng cần đo

X=a (1.1)

Với X là đại lượng cần, a là kết quả đo

+ Phương pháp đo gián tiếp: Là phương pháp đo mà kết quả đo không phải là trị số

của đại lượng cần đo mà phải dùng các công thức toán học để tính ra đại lượng cần

đo Hay nói cách khác ở phương pháp này không đo chính kích thước cần đo mà thông qua việc đo một đại lượng khác để xác định tính toán kích thước cần đo

X = F (a 1 , a 2 , … , an) (1.2)

Với X là đại lượng cần, F (a 1 , a 2 , … , an) là kết quả đo

Nhận xét: Việc chọn phương pháp đo hay mối quan hệ nào trong mối quan hệ

trên phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, cần chọn sao cho các phép đo dễ thực hiện với yêu cầu về trang thiết bị đo ít, đơn giản và có khả năng thực

hiện được Trong quá trình đo không thể tránh khỏi sai số, sai số đo phụ thuộc vào

nhiều yếu tố như độ chính xác của dụng cụ đo, trình độ và khả năng đo của người đo,

thêm nữa còn phụ thuộc việc lựa chọn dụng cụ đo và phương pháp đo Vì vậy nắm

vững phương pháp sử dụng dụng cụ và lựa chọn được phương pháp đo hợp lý là

những yếu tố không kém phần quan trọng quyết định độ chính xác kết quả đo

Trên thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu ở Việt Nam về xây dựng hệ thống cỡ số trang phục cho các đối tượng khác nhau dựa trên kích thước cơ thể người Nhưng hầu hết các công trình nghiên cứu đó tập trung chủ yếu nghiên cứu về phương pháp đo phương pháp đo tiếp xúc Còn những công trình nghiên cứu về xây dựng hệ thống cỡ số trang phục bằng phương pháp đo không tiếp xúc rất ít được chú ý đến,

hiện nay trên thế giới thì phương pháp đo này lại được quan tâm đáng kể

• Phương pháp đo cơ thể người: Phân loại dựa vào phương pháp đầu đo và chi

tiết đo được thể hiện trên hình 1.1

Trong phạm vi của đề tài chủ yếu sẽ nghiên cứu đến nguyên lý đo, thiết bị đo

và phương pháp xử lý dữ liệu cho từng phương pháp để đo kích thước cơ thể người

1.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc

1.2.1.1 Lịch sử phương pháp đo

Trên thực tế mỗi cơ thể người có đặc điểm riêng, sự đặc biệt này đã được nghiên cứu hơn 200 năm Có nhiều công trình nghiên cứu, tác giả đã đặt ra các thuật ngữ để thể hiện định lượng hình dạng của cơ thể Thuật ngữ này được gọi là nhân trắc học, định nghĩa được sử dụng bởi Kroemer (1986) là: Nhân trắc học mô tả các kích thước của cơ thể con người [3] [24]

Nhân trắc học có nguồn gốc từ Anthoropos [25], người đầu tiên đánh dấu sự khởi đầu của nhân trắc học là Quelet vào năm 1870, với mong muốn có được số đo trung bình của đàn ông theo luật Gauss [26] Mãi đến những năm 1950, nhân trắc học mới trở thành một ngành học được công nhận Nhân trắc học đã được ứng dụng phục

vụ con người bao gồm thiết kế thiết bị, vị trí làm việc, buồng lái máy bay và quần áo [27, 28, 29] Trong nhiều năm, nhân trắc học đã được sử dụng khảo sát một số yếu tố liên quan đến tình trạng sức khỏe quốc gia [30], yếu tố về đặc điểm hình thái cơ thể người [31]

Độ tin cậy của phép đo bao gồm độ chính xác và độ tin cậy Trong hai yếu tố trên thì độ chính xác là yếu tố quan trọng nhất quyết định độ tin cậy [32] Trong quá trình đo lỗi quan sát là lỗi phức tạp nhất trong các lỗi về kết quả nhân trắc học Nó có thể là thiếu chính xác ở vị trí mốc đo, vị trí đo và dụng cụ đo Để tránh lỗi này thậm trí người ta phải sử dụng nhiều người quan sát ngay cả khi cùng được đào tạo, tập huấn về phương pháp đo và có sự hợp tác công việc chặt chẽ với nhau Lỗi quan sát nhân trắc học không phải là ngẫu nhiên [33] Bởi vậy, phương pháp đo tiếp xúc rất cần cải tiến để phù hợp với nhu cầu và phát triển của thời đại

Ở Việt Nam có một số công trình nghiên cứu theo phương pháp đo tiếp xúc sau: Năm 1999, "Xây dựng hệ thống cỡ số quần áo nam nữ trong độ tuổi lao động trên cơ

sở đo nhân trắc cơ thể người", đề tài cấp Tổng công ty dệt may Năm 2000-2003,

"Xây dựng hệ thống cỡ số quân trang bằng phương pháp đo nhân trắc", đề tài cấp Bộ quốc phòng Năm 2007-2008, trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp Bộ Công thương, Viện Dệt May đã tiến hành khảo sát cỡ số cho hơn 13000 đối tượng là nam

Hình 1 1 Sơ đồ phương pháp đo cơ thể người

Phương pháp đo không tiếp xúc

Phương pháp đo cơ thể người

Phương pháp đo tiếp xúc

Phương pháp đo 3D Phương pháp đo 2D

nữ và trẻ em trong độ tuổi từ 6 đến 60 Từ các kết quả khảo sát này, đề tài đã tiến hành xây dựng được hệ thống cỡ số cơ thể người Việt Nam Có thể nói, đây là bảng

cỡ số hoàn thiện nhất từ trước tới nay, bởi nó được xây dựng hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn ISO, với phương pháp luận chặt chẽ, khoa học Việc khảo sát cỡ số cũng như xác định các kích thước cần đo được thực hiện theo đúng hướng dẫn của tiêu chuẩn ISO 8559 [7] Tuy nhiên, quá trình khảo sát nhân trắc học trong nghiên cứu này chỉ được thực hiện bằng phương pháp đo tay trực tiếp, vì vậy còn hạn chế trong các ứng

dụng lưu trữ dữ liệu đo cho các mục đích ứng dụng tiếp theo

1.2.1.2 Nguyên lý đo và thiết bị đo kích thước cơ thể người

thông tin về kích thước tĩnh của cơ thể con người ở tư thế chuẩn [24] Để thực hiện phương pháp đo tay trực tiếp tốt nhất cần người có kinh nghiệm trong nghề [34]

Hầu hết các đối tượng được thực hiện ở tư thế chuẩn khi đo, cơ thể con người

có xu hướng giảm chiều cao trong ngày và thường thả lỏng hơn vào buổi sáng Tốt nhất là đối tượng không mặc quần áo hoặc mặc quần áo càng ít càng tốt [24, 25, 26,

29, 32, 33, 34] Đối với hầu hết các phép đo, cơ thể đối tượng được đặt trong tư thế thẳng đứng được xác định, với các phần cơ thể ở các góc 00, 900, hoặc 1800 Cụ thể, đối tượng được yêu cầu đứng thẳng, gót bằng nhau, mông, xương bả vai và sau đầu chạm vào tường; Cánh tay thẳng đứng, bàn tay buông, tư thế này gần với vị trí được gọi là tư thế giải phẫu; Phần đầu ở vị trí được gọi là tư thế giải phẫu chuẩn được sử dụng trong giải phẫu, phần đầu ở vị trí “Mặt phẳng Frankfurt”, với các đồng tử giãn đều và điểm thấp nhất của mắt phải (hốc mắt) cũng được đặt trên cùng một mặt phẳng nằm ngang Khi các phép đo được thực hiện trên một đối tượng ngồi, các bề mặt (phẳng và ngang) của giá đỡ ghế và chân được bố trí sao cho đùi nằm ngang, phần chân dưới thẳng đứng và bàn chân đặt thẳng trên giá đỡ ngang Đối tượng mặc càng

ít càng tốt [3], hình 1.2

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý các mặt phẳng được sử dụng trong nhân trắc học

(nguồn: [3])

- Thiết bị đo: Phương pháp đo cơ thể người tại Việt nam được quy định theo tiêu

chuẩn TCVN 5781: 2009 [11]; Trên thế giới theo quy định tiêu chuẩn ISO

7250-1:2008 [35] Dụng cụ đo tiếp xúc thể hiện ở bảng 1.1 và hình 1.3 bao gồm: Thước đo

chiều cao Martin trên hình 1.3 (a); Thước dây vải có tráng nhựa dùng để đo các kích thước vòng; Kích thước dài hình 1.3 (b); Thước kẹp dùng để đo các kích thước chiều dày và chiều rộng hình 1.3 (c); Thước đo góc, băng dây phụ trợ Tất cả các loại thước

đo trên đều phải có độ chính xác đến Milimet

Bảng 1 1 Tóm tắt công cụ và công dụng của bộ dụng cụ thước đo Martin

Thước dây Đo chu vi và độ cong

Thước đo nhân trắc học Đo chiều cao, chiều dài, đường kính ngang của cơ thể

Compa trượt Để đo đường kính ngắn như mũi, tai, tay, v v

Thước kẹp đầu Để xác định chiều cao của đầu

Nhận xét: Theo nghiên cứu từ một số công trình trên cho thấy phương pháp đo tiếp xúc cho kết quả chính xác do người thực hiện đo xác định, quan sát và thường được thực hiện bởi người có kinh nghiệm Phương pháp đo dễ thực hiện bởi dụng cụ đơn giản, chủ yếu là một băng đo và thước dây dành cho đo vòng tròn và đường cong, chiều dài, thước đo chiều cao cho đo kích thước chiều cao Hầu hết các phép đo thực hiện trên đối tượng được lấy ở vị trí đứng Tuy nhiên, một số biện pháp cần được

thực hiện ở các vị trí khác nhau Yêu cầu trang phục đo mặc quần áo càng ít càng

tốt Đối với phương pháp đo tiếp xúc tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao

1.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc

Phương pháp đo không tiếp xúc nhờ hỗ trợ sử dụng các thuật toán, phần mềm

để xử lý thông tin đo và xử lý dữ liệu đo, chia thành hai loại: phương pháp đo 2D cho hình ảnh hai chiều của người được đo và phương pháp đo 3D xác định kích thước cơ thể của đối tượng quét dựa trên mô hình đám mây điểm tạo ra giống cơ thể đối tượng quét [36]

Hình 1 3 Bộ dụng cụ thước đo Martin

(a) Thước đo chiều cao (b) Thước dây đo kích thước vòng (c) Thước kẹp

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 [37]

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: [23, 38])

Quy trình hệ thống đo 2D được trình bày gồm các bước sau [23, 38], hình 1.5:

− Thiết bị [23]: Thiết bị gồm camera dạng chụp ảnh thể hiện trên hình 1.6 (a),

có độ phân giải (Megapixel) phụ thuộc vào điều kiện chụp, có thể kết nối trực tiếp

với máy tính 2 giá đỡ camera, hình 1.6 (b)

Chụp

ảnh

2D

Tách hình nền

Tách đường biên

Mã hóa đường biên

Tính kích thước cơ thể

Liên kết đường biên từ ảnh mặt trước và bên hông

Trích xuất mốc

đo

Hình 1 5 Sơ đồ quy trình hệ thống đo không tiếp xúc 2D (nguồn [23])

(a) (b)

Hình 1 6 Thiết bị đo 2D kích thước cơ thể người

a) Camera b) Giá đỡ camera (nguồn [23])

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 [39] 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 [40]

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: Căn cứ vào sai số 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 [37]:

+ Ánh sáng, Camera, Độ phân giải camera: Điều chỉnh camera; Dán thước đo

nhân trắc trên phông nền như hình 1.7 Mỗi ảnh chụp với từng độ phân giải camera, 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 [41], thiết 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 [23, 38]

Hình 1 8 Tư thế đứng quy định trong ISO 20685 đối với đo không tiếp xúc (nguồn

[41]) + 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 [42]; Nghiên cứu của Patrick, Chi-Yuen Hung và Seo,H, Yeo, Wohn thì đối tượng

Hình 1 7 Đặt thước đo nhân trắc trên phông nền khi chụp ảnh

(nguồn: [23])

Vị trí nách

Vị trí cổ tay

Vị trí đáy

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 [43,

44]

Hình 1 9 Ảnh mặt trước, sau và mặt bên hông (nguồn: [43, 44])

- 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 [23, 37, 43,

44]

Hình 1 10 Sơ đồ quá trình xử lý ảnh (nguồn: [23])

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 [23, 42, 43, 44] 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 [23] 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 [37]

42, 43, 44] đối với các kích thước chiều cao tính bằng công thức khoảng cách giữa hai điểm Kích thước vòng, sử dụng công thức chu vi ellip để tính vòng cổ, vòng cổ tay, vòng bàn tay; Dùng công thức phân nửa chu vi ellip và hình chữ nhật để tính kích thước vòng ngực như trên hình 1.11

Ảnh Tách hình nền Tách đường biên Số hóa đường biên

Liên kết hai đường biên Trích xuất mốc đo

a b

Hình 1 11 a) Kích thước vòng cổ

b) Kích thước vòng ngực (nguồn: [43]) 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 [23, 42, 37, 43, 44] 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

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 để đo 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 [45] 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 [45] Hình 1.12 cho thấy một phân loại chi tiết về các công nghệ quét 3D [46]

Hình 1 12 Sơ đồ phân loại các công nghệ quét 3D (nguồn: [46])

hiện nay có thể chia làm hai nhóm chính là phương pháp quét quang học thụ động (Passive optical scanners) và phương pháp quét quang học chủ động (Active optical Scanners) [47] 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 [47, 48]

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

PP hình ảnh ra

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

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: [48])

+ 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 [49] 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 lên vật 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 [48, 49]

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 an toàn cho mắt người,

hệ 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 đó bao gồm hệ thống quang học và cảm biến ánh sáng, được di chuyển trên khắp cơ thể con người để số hóa bề mặt, hình 1.15

Hình 1 14 Công nghệ quét laser (nguồn: [48]) a) Sơ đồ của một máy quét laser 3D b) Cấu trúc máy quét laser 3D

a) b) c)

Hình 1 15 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 bề

mặt của nó (nguồn: [48])

Thiết bị sử dụng trong công nghệ quét 3D laser: Đèn laser (chùm) tạo ra được vạch lazer trong quá trình quét; Máy ảnh (camera) để thu lại được hình ảnh từ quá trình quét có thể dùng 1 hay 2 camera; Màn thu; Máy tính trang bị các phần mềm của thiết bị

Kỹ thuật quét sử dụng ánh sáng cấu trúc: Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng cấu

trúc tương tự quét laser, các vạch ánh sáng sẽ được đo bằng cách sử dụng phương pháp tam giác lượng, tạo ra đám mây dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo ra mô

hình 3D của vật thể

Hình 1 16 Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng cấu trúc (nguồn: [48])

Việc quét dùng tia laser hay ánh sáng cấu trúc đều dựa trên nguyên lý tam giác lượng Ở trên hình 1.16, nguồn sáng chiếu một điểm nằm trong vùng thu của camera đặt ở đỉnh Với những vật lớn hay vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu

để đảm bảo tất cả các bề mặt đều được đo Sau quá trình quét, phần mềm được sử dụng để tạo nên một đám mây điểm 3 chiều, kích thước có thể lên đến hàng triệu điểm Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính toán và kết quả thu được là đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đường hay mô hình đa giác [48]

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: Một cảm biến ánh sáng (ví dụ máy ảnh kỹ thuật số) sẽ thu lại các hình ảnh 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 (Đức)

1 thời gian dài mà không trải qua quá trình hô hấp, quá trình hô hấp cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng quét Sau khi quét cơ thể con người, hầu hết các hệ thống quét cần thêm thời gian xử lý để có được kết quả cuối cùng là dữ liệu đo Phạm vi của quá trình và thời gian trích xuất là từ 15 giây đến 4 phút Phải mất một thời gian dài hơn

thời gian quét vì quá trình trích xuất dữ liệu liên quan tính toán chuyên sâu

Nhận xét ưu nhược điểm từng phương pháp, phạm vi sử dụng và khuyến cáo:

Xét về tính chất, ở đây quan tâm đến phương pháp chủ động hơn là phương pháp

thụ động vì phương pháp đo chủ động có độ chính xác cao hơn Trong đó phương pháp đo không tiếp xúc chủ động sử dụng hai nguồn sáng đó là tia laser và ánh sáng cấu trúc, 2 nguồn sáng này hoàn toàn khác nhau, liên quan đến kết quả đo thì sự khác biệt chỉ là rất nhỏ Theo toán học, cả 2 đều ứng dụng thuật toán dùng phương pháp

đo tam giác lượng, có cùng đặc điểm về độ chính xác và độ phân giải, chúng đều là các kỹ thuật chiếu dùng ánh sáng Bởi vậy việc chọn kỹ thuật chiếu nào phụ thuộc vào yêu cầu, ứng dụng của phép đo

Ánh sáng laser được tạo thành một tia hay một hay một đường khi quét lên đối tượng và do đó chỉ có thể đo một số điểm nhất định nằm trong dải tia đó Ánh sáng cấu trúc trong hệ thống, có khả năng bao phủ cả một vùng Mỗi lần quét trong vùng này có thể thu được 420.000 điểm dữ liệu Một máy quét laser có thể đo hàng ngàn hoặc hàng chục ngàn điểm trong một giây, thiết bị đo ánh sáng cấu trúc có thể đo được hơn một triệu điểm trong một vài giây tùy thuộc vào cấu hình phần cứng [45]

Về thời gian quét: Thời gian quét khi dùng ánh sáng cấu trúc nhanh hơn so với

quét laser do dùng miền ánh sáng để chiếu và thu ảnh, còn phương pháp quét laser phải sử dụng hệ dịch chuyển chùm tia

Về kinh tế: Hệ thống laser có thể được tạo ra với chi phí thấp hơn Tuy nhiên,

hệ thống này lại chậm hơn nhiều so với hệ thống dùng ánh sáng cấu trúc

Xét về độ chính xác: Những hệ thống ứng dụng nguồn sáng trên đã được xây

dựng nhưng chưa thấy hệ thống nào nổi trội hơn về độ chính xác Hệ thống quét laser thường được sử dụng quét các vật thể lớn như ô tô xe máy…, Hệ thống quét ánh sáng cấu trúc thích hợp đối với những bộ phận có dung sai nhỏ như các bộ phận trong xe máy, và các dụng cụ tạo ra bằng việc phun vật liệu nóng vào khuân đến những ứng dụng cần ít độ chính xác hơn như đồ chơi bằng nhựa

Xét về độ an toàn: Sử dụng phương pháp quét ánh sáng cấu trúc hoàn toàn an

toàn đối với cơ thể người Sử dụng phương pháp quét laser của một số hãng có khuyến cáo về ảnh hưởng đến sức khỏe do nguồn laser có tác động đến mắt hoặc da nhạy cảm

Xét về tính mới: Phương pháp đo lường 3D sử dụng ánh sáng trắng (dạng cấu

trúc) là một vấn đề mới đối với lĩnh vực đo lường trong nước đặc biệt là đo cơ thể người Kết quả quét bằng các phương pháp trên đều cho dữ liệu là đám mây điểm Đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới tam giác để xây dựng mô hình

bề mặt Từ những nghiên cứu và nhận xét trên cho thấy, dùng phương pháp đo 3D

không tiếp xúc bằng ánh sáng cấu trúc để quét cơ thể người trong ngành may mặc là hoàn toàn phù hợp

1.2.3 Một số hệ thống đo 3D kích thước cơ thể nguời bằng phương pháp

đo 3D không tiếp xúc

Một số hệ thống đo tiêu biểu: Hiện nay có rất nhiều loại máy quét 3D ánh sáng

trắng khác nhau sử dụng phương pháp đo không tiếp xúc [3, 50] Thiết bị quét cơ thể 3D cũng đã được nhiều hãng phát triển như [TC]2 Cyberware, Human Solutions, Telmat, Hamamatsu, Wicks and Wilson, BodyskannerTM, sử dụng những máy ảnh

và máy chiếu, các loại nguồn sáng khác nhau để chiếu sáng vật thể, và các hệ thống

xử lý dữ liệu trên máy tính khác nhau, nhưng đều được thiết kế để hiển thị hình ảnh 3D của vật thể và cho phép tách chính xác thành kích thước một, hai hay ba chiều của đối tượng đo [46]

Hệ thống đo Wicks and Wilson (TriForm/TriBody): Sử dụng ánh sáng trắng để

thu các dữ liệu máy quét 3D trong khoảng 12 giây qua 8 camera thể hiện trên hình 1.18 Các đường sọc của ánh sáng trắng an toàn được sử dụng để chụp hình 3D của một người Ánh sáng vô hại không chứa tia laser hoặc bức xạ khác Kết quả hình ảnh được phân tích tự động bởi phần mềm TriBody và xử lý để tạo ra một mô hình đám mây điểm 3D có chứa khoảng 1,5 triệu tọa độ 3D (x, y, z) Kết quả quét 3D có thể được lưu trong định dạng khác nhau

Hệ thống đo Telmat (SYMCAD): Gồm nhiều máy chiếu và máy ảnh Đối tượng

đo đứng trong buồng ở vị trí đối diện với màn hình được xác định trước thể hiện trên hình 1.19 Hệ thống đo gồm nhiều máy chiếu và máy ảnh được bố trí cố định xung quanh buồng để đảm bảo thu hết hình ảnh tại các góc của đối tượng Với uu điểm đối tượng đo không cần chuyển động, tạo sự thoải mái cho người đo Hệ cảm biến cố định, không cần có các cơ cấu cơ khí dịch chuyển phức tạp, rút ngắn thời gian đo Hệ thống đặt trong buồng tránh được nhiễu từ xung quanh của môi trường đo Buồng đo kín có thể đặt tại bất cứ vị trí nào của nhà máy, phòng thí nghiệm,…Nhưng bên cạnh

đó chi phí tốn kém bởi hệ thống đo sử dụng nhiều máy ảnh, máy chiếu

Hình 1 18 Máy quét toàn cơ thể TriForm

của Wicks and Wilson (nguồn: [51]) Hình 1 19 Máy quét toàn cơ thể Telmat (nguồn: [51])

Hệ thống đo [TC]²: Hệ thống máy quét cơ thể NX16 là một hệ thống đo lường

3D sử dụng ống kính quang học tạo ra một bản sao kỹ thuật số của hình học bề mặt

cơ thể, hình 1.20 và hình 1.21 Dựa trên công nghệ ánh sáng trắng và giai đoạn lập bản đồ Profilometry (PMP), nó quét toàn bộ cơ thể trong khoảng 8 giây ([TC] ², 2009) Tương tự như Telmat SYMCAD, nó sử dụng nguồn ánh sáng để chiếu ánh sáng cấu trúc và máy ảnh để chụp ảnh, khoảng 140 số đo cơ thể được trích xuất thông qua dữ liệu đám mây điểm

Hình 1 20 Thiết bị quét cơ thể người

an toàn nhất hiện nay Thiết bị này có thể tự vận hành bởi người được đo trong một môi trường thiết kế buồng đo riêng biệt, mà không cần sự trợ giúp của một người nào khác Sẽ có một dòng âm thanh hướng dẫn người đo đứng đúng vị trí và cần bấm

quét cơ thể đo một lần thì không cần dùng đến bàn quay trong quá trình quét như máy

quét LC-16 3D Body Scanner của hãng [TC]²

Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của luận án đây cũng là yếu tố, là cơ sở lựa chọn thiết lập một hệ thống quét đơn giản mà vẫn đảm bảo quét được tối đa bề mặt cơ thể người

Nhận xét chung: Các phương pháp đo nêu trên đều có những ưu điểm cũng như

nhược điểm riêng của nó

Đối với phương pháp đo tiếp xúc có ưu điểm bởi dụng cụ đo sử dụng đơn giản,

chi phí thấp, kết quả khá chính xác do xác định mốc đo và đo tiếp xúc trên cơ thể mẫu

đo Tuy nhiên phương pháp đo này mất nhiều thời gian của người đo và người mẫu

đo, bên cạnh đó người mẫu đo phải đứng đo trong một khoảng thời gian dài

Phương pháp đo không tiếp xúc 2D có những ưu điểm vượt trội 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 kết quả tính kích thước không đạt độ chính xác bằng phương pháp đo không tiếp xúc 3D và không phân tích

dữ liệu được ở những vị trí khuất trên cơ thể người

Phương pháp đo không tiếp xúc 3D với hệ thống thiết bị hiện nay chủ yếu dùng

công nghệ quang học quét bằng ánh sáng trắng, có ưu điểm thu thập được dữ liệu với

độ chính xác cao, tốn ít thời gian, đo được hình dạng của những mẫu phức tạp và ứng dụng được cho rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như điện ảnh, y học, cơ khí, may mặc…Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có những mặt hạn chế nhất định với thiết bị

đo hiện đại, tốn nhiều chi phí, điều kiện chụp ảnh và thiết lập hệ thống xử lý dữ liệu

phức tạp [50, 51] Chính vì vậy việc thiết lập, chế tạo ra một thiết bị có chi phí thấp

mà vẫn đảm bảo được yêu cầu đo là rất cần thiết trong điều kiện hiện nay Bên cạnh

đó đề tài sẽ tập trung tìm hiểu về máy quét 3D với công nghệ quét sử dụng ánh sáng

trắng (dạng ánh sáng cấu trúc)

1.3 Phương pháp đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc

1.3.1 Khái niệm và phân loại ánh sáng cấu trúc

1.3.1.1 Khái niệm ánh sáng cấu trúc

Có thể dịch khái niệm như sau: Ánh sáng cấu trúc (Structured light) là một quá trình chiếu sáng những mẫu đã biết lên một khung hình, những biến dạng mẫu chiếu trên bề mặt chi tiết được chiếu so với mẫu chiếu cho phép hệ thống quan sát xác định được độ sâu và thông tin bề mặt của đối tượng Do đó structured light được sử dụng

trong quét 3D, vậy nó có thể được định nghĩa như sau: “Ánh sáng cấu trúc là chùm tia sáng mà mỗi tia sáng được mã hóa về cường độ hoặc màu sắc” [45]

1.3.1.2 Các dạng ánh sáng cấu trúc sử dụng trong đo lường biên dạng 3D

Phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc cần phải chiếu mẫu vân sáng lên bề mặt chi tiết đo, độ chính xác của phép đo phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của vân chiếu được tạo ra Các ảnh mẫu chiếu đa dạng tùy thuộc vào đối tượng đo và phương pháp đo, yêu cầu độ chính xác của phép đo để lựa chọn mẫu ảnh chiếu sao cho phù hợp, một số dạng ánh sáng cấu trúc như sau [45, 53, 54]:

- Mẫu ảnh chiếu mã hóa Gray – nhị phân

- Mẫu ảnh chiếu cấp độ xám

- Mẫu ảnh chiếu dạng sin

- Mẫu ảnh chiếu mã hóa biến đổi màu liên tục

- Mẫu ảnh chiếu đánh dấu đường sử dụng mầu sắc

- Mẫu ảnh chiếu có đường chiếu mã hóa gián đoạn

- Mẫu chiếu các đường được đánh dấu bằng cách lặp đi lặp lại mẫu mức xám

- Mẫu ảnh chiếu đánh dấu đường trình tự theo mã De Bruijn

- Mẫu ảnh chiếu mã hóa mảng giả ngẫu nhiên nhị phân (PRBA)

- Mẫu ảnh chiếu theo mô hình mã hóa nhỏ

- Mẫu ảnh chiếu lưới mã hóa màu

- Mẫu ảnh chiếu hai chiều mã hóa đốm màu

Nhận xét: Các dạng ánh sáng xét về độ phân giải liên quan đến phương pháp mã

hóa, hầu như các phương pháp cho độ phân giải bằng độ phân giải của hệ thống chiếu sáng (một điểm ảnh trên các thiết bị chiếu) như vậy khi chiếu lên không gian lớn qua

hệ thống phóng hình cho bề mặt lưới trên các chi tiết đo có khoảng cách các nút lưới (độ phân giải thấp) Mỗi dạng ánh sáng đều có ưu điểm và nhược điểm, điển hình đặc tính một số mẫu ảnh chiếu như mẫu chiếu mã hóa Gray có độ tin cậy và ít bị ảnh hưởng bởi bề mặt quét tuy nhiên cần số lượng lớn các ảnh chiếu đòi hỏi thời gian xử

lý [53, 54]; Mẫu chiếu cấp độ xám cho tốc độ cao hơn phương pháp mã hóa Gray tuy nhiên bị ảnh hưởng lớn bởi bề mặt vật đo do các vùng mã hóa yếu khó xác định; Mẫu ảnh chiếu dạng sin có độ phân giải cao tuy nhiên độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác gỡ pha; Mẫu ảnh chiếu cầu vồng cho phép tốc độ quét cao bởi chỉ cần một ảnh, tuy nhiên khi đo các vật thể màu sắc gặp khó khăn [55]

1.3.1.3 Phương pháp sử dụng ánh sáng cấu trúc mã Gray

Mã hóa Gray là một dạng ánh sáng cấu trúc được sử dụng trong phương pháp quét biên dạng 3D của chi tiết với các mẫu chiếu chỉ có các vạch trắng và đen xen kẽ

do đó mẫu chiếu mã hóa Gray còn được gọi là mẫu chiếu nhị phân Phương pháp này

là chiếu các mẫu chiếu sao cho chia không gian chiếu thành các phần riêng biệt và mỗi phần có thể nhận biết bằng một mã nhị phân dựa trên các mẫu chiếu tuần tự Hình 1.22 cho thấy một mô hình chiếu 5-bit Khi chuỗi này được chiếu lên một vùng không gian sẽ mã hóa vùng không gian đó thành 32 phần riêng biệt theo phương ngang Coi vùng đen có mã nhị phân là 0 và vùng trắng có mã nhị phân là 1 [53, 54, 55]

Hình 1 22 Mẫu mã hóa Gray (nguồn: [56])

Trong phương pháp mã hóa Gray nếu có n mẫu chiếu khi đó sẽ có 2n vùng được đánh dấu trong không gian chiếu Để độ phân giải theo phương ngang tăng lên phải tăng số mẫu chiếu thể hiện hình 1.22 Việc tăng số mẫu chiếu bị giới hạn bởi phần cứng hệ thống chiếu cũng như khả năng phân biệt vùng đen trắng trên nền chiếu của camera sử dụng Việc xác định độ cao của điểm đo được xác định theo nguyên tắc tam giác lượng trong quang học Phương pháp Gray sử dụng hệ thống vân có tính chất đối nghịch nhau để làm giảm bớt sự sai lệch của các bít và ngăn chặn ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng

Nhận xét: Để giải quyết vấn đề về đo cơ thể người với bề mặt cong trên từng

phần cơ thể là khác nhau đặc biệt là các góc khuất như nách, khe đùi, bên cạnh đó trong quá trình đo con người dễ chuyển động, hô hấp và dẫn đến rất bị rung trong quá trình quét Điều này dẫn đến ảnh thu được từ quá trình quét thường bị nhiễu bởi những

lý do trên mang lại Vậy với ưu điểm của mã Gray có giá trị mã hóa mỗi vân mẫu duy nhất ngăn chặn ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng giúp giảm nhiễu trong quá trình quét, mặc dù phương pháp ánh sáng cấu trúc mã Gray có độ phân giới hạn nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu đo cơ thể người bởi đo cơ thể người yêu cầu độ chính xác không cao bằng đo các chi tiết trong cơ khí, Y học

1.3.2 Nguyên lý phương pháp đo 3D kích thước cơ thể người sử dụng ánh sáng cấu trúc

Phương pháp đo biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc trên cơ sở nguyên lý tam giác lượng trong quang học Mô hình nguyên lý là biến thể của phương pháp stereo với việc thay thế một kênh nhìn bằng một thiết bị chiếu

Hình 1 23 Sơ đồ đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc (nguồn: [45])

Nguyên lý đo biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc được thể hiện trên hình 1.23 Thiết bị chiếu chiếu các ảnh mẫu 2D được thiết kế theo phương pháp mã hóa nhất định lên bề mặt chi tiết đo, biên dạng 3D của chi tiết làm biến dạng hình ảnh mẫu chiếu và được nhận biết thông qua hệ thống camera Phân tích dữ liệu ảnh và kết hợp phương pháp giải mã ảnh chiếu để dựng lại tọa độ đám mây điểm của chi tiết đo [57] Hay nói cách khác thiết bị chiếu một loạt các sọc đen trắng cho đối thượng và camera thu nhận hình ảnh do phản xạ ánh sáng từ máy chiếu trên đối tượng Các hình dạng 3D của cơ thể được mô tả thông qua đường cong của các sọc trên đối tượng

Ứng dụng của phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc rất rộng từ việc đo chi tiết vùng kích cỡ micro trong các ngành sản xuất vi cơ, điện tử đến các chi tiết có kích thước lớn như xe bus, tàu thủy, máy bay, đo cơ thể người thể hiện trên hình 1.24

Mẫu ảnh chiếu

Mặt phẳng tham chiếu phẳng Đối tượng đo

Hình 1 24 Một số ứng dụng của thiết bị đo

sử dụng ánh sáng cấu trúc (nguồn: [57])

(a)Quét biên dạng cơ thể người, (b) Quét biên dạng răng, (c) Quét vân tay 3D

Nghiên cứu, thiết lập chế tạo, nâng cao độ chính xác và ứng dụng các thiết bị

đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc trở nên cấp bách góp phần nâng cao năng lực sản xuất trong nước giúp cho các doanh nghiệp chủ động hơn trong việc tiếp cận các công nghệ mới tiên tiến hiện đại trên thế giới đồng thời thúc đẩy lĩnh vực khoa học công nghệ trong đo lường

1.3.3 Đặc điểm chức năng của khối thiết bị đo

Thiết bị đo biên dạng sử dụng ánh sáng cấu trúc thông thường được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: Bộ phận chiếu ảnh, bộ phận thu ảnh và bộ phận xử lý thông tin [45]:

Bộ phận chiếu ảnh: Chiếu một hoặc một số ảnh đươc mã hóa trước lên bề mặt

chi tiết đối tượng đo Tùy theo dạng ánh sáng cấu trúc được mã hóa, bộ phận chiếu

có thể là hệ thống giao thoa, hệ thống chiếu hình Với chi tiết đo lớn hơn bộ phận chiếu ảnh thường sử dụng nhiều máy chiếu kỹ thuật số

Bộ phận chụp ảnh: Bộ phận này có chức năng chụp lại hình ảnh của mẫu chiếu

được chiếu lên bề mặt đối tượng đo Có thể sử dụng một hay nhiều camera với các góc quan sát khác nhau nhằm tăng tốc độ cũng như độ chính xác khi đo

Bộ phận xử lý thông tin đo: Chức năng bộ phận này là kết nối điều khiển quá

trình chiếu chụp đồng thời xử lý dữ liệu ảnh nhằm xác định đươc đám mây điểm bề

mặt chi tiết đo Bộ phận xử lý thông tin đo có thể là các máy tính cá nhân hoặc các

thiết bị đươc thiết kế chuyên biệt nhằm tối ưu hóa quá trình điều khiển, xử lý thông tin và trích xuất dữ liệu đo

1.3.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quét

Để đảm bảo chất lượng hình ảnh và độ chính xác của phép đo hầu hết các công trình nghiên cứu đưa ra một số điều kiện chuẩn bị quét như sau: Hệ thống hiệu chuẩn, kiểm soát ánh sáng, phông nền, trang phục quét, tư thế đối tượng đo chuẩn và tránh chuyển động trong quá trình quét Một số yêu cầu này áp dụng theo tiêu chuẩn quét 3D, tiêu chuẩn quốc gia, ISO

phép đo Vì hệ thống thiết bị được tích hợp từ bộ phận chiếu ảnh, bộ phận chụp ảnh

và bộ phận xử lý thông tin thông qua các phần mềm điều khiển, kết nối Bởi vậy khi xây dựng hệ thống thiết bị xong cần phải hiệu chuẩn trước khi đi vào thực hiện quá trình quét đối tượng đo

Khoảng cách từ cụm đầu đo đến đối tượng quét: Một số công trình nghiên cứu

cũng đưa ra khuyến cáo về khoảng cách từ cụm đầu đo đến đối tượng đo Công trình nghiên cứu về phương pháp chụp ảnh 2D [23, 37] yêu cầu khi chụp ảnh mẫu đo về vị trí lắp đặt Camera có độ cao là 0,8m, khoảng cách đến tâm mẫu chụp là 3m, đảm bảo