Luận án nghiên cứu ứng dụng đo gián tiếp 2D kích thước cơ thể nam sinh viên ngành may - ĐH Bách khoa Hà Nội

Nghiên cứu ứng dụng đo gián tiếp 2D đang ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là… 124 trang · Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội · 2015.

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngọc Quyên
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Bích Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dệt
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Phương Pháp Đo Gián Tiếp 2D Tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật dệt may
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng Đo Gián Tiếp 2D Tại ĐHBK

Nghiên cứu ứng dụng đo gián tiếp 2D đang ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành dệt may. Tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (ĐHBK Hà Nội), các nghiên cứu về phương pháp này đang được đẩy mạnh nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí và dễ dàng triển khai hơn so với các phương pháp đo trực tiếp truyền thống hay công nghệ quét 3D đắt đỏ. Mục tiêu là xây dựng hệ thống đo lường chính xác, phục vụ cho thiết kế, sản xuất và kiểm định chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển thuật toán xử lý ảnh, hiệu chỉnh camera và xây dựng mô hình toán học để tính toán kích thước cơ thể từ ảnh 2D. Ứng dụng tiềm năng của đo gián tiếp 2D rất lớn, từ việc tạo ra quần áo vừa vặn hơn đến việc hỗ trợ các ứng dụng y tế và thể thao.

1.1. Giới thiệu phương pháp đo gián tiếp 2D và ứng dụng

Phương pháp đo gián tiếp 2D sử dụng hình ảnh hai chiều để ước tính kích thước và hình dạng của vật thể. Thay vì đo trực tiếp bằng thước hay các thiết bị đo cơ học, phương pháp này dựa vào các thuật toán xử lý ảnh và thị giác máy tính để trích xuất thông tin từ ảnh. Ứng dụng của phương pháp này rất đa dạng, bao gồm đo kích thước cơ thể người, kiểm tra chất lượng sản phẩm công nghiệp, và giám sát các đối tượng trong môi trường thực tế. Ưu điểm chính của đo gián tiếp 2D là tính linh hoạt, chi phí thấp và khả năng tự động hóa cao.

1.2. Lợi ích của nghiên cứu ứng dụng tại ĐHBK Hà Nội

Việc nghiên cứu ứng dụng đo gián tiếp 2D tại ĐHBK Hà Nội mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Thứ nhất, nó giúp nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển của trường trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường 2D và xử lý ảnh. Thứ hai, nó tạo cơ hội cho sinh viên và nghiên cứu sinh tiếp cận với công nghệ mới và tham gia vào các dự án thực tế. Thứ ba, kết quả nghiên cứu có thể được chuyển giao cho các doanh nghiệp trong nước, giúp họ nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm chi phí sản xuất. Cuối cùng, nó góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp dệt may và các ngành công nghiệp khác tại Việt Nam.

II. Thách Thức và Vấn Đề Trong Đo Gián Tiếp 2D Hiện Nay

Mặc dù có nhiều ưu điểm, phương pháp đo gián tiếp 2D vẫn đối mặt với không ít thách thức. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc lớn vào chất lượng ảnh, điều kiện ánh sáng và góc chụp. Sai số có thể phát sinh do hiện tượng méo ảnh, nhiễu và sự thay đổi tư thế của đối tượng. Việc calib camera và xử lý ảnh để giảm thiểu sai số là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi các thuật toán tiên tiến và kiến thức chuyên sâu về thị giác máy tính. Ngoài ra, việc xây dựng mô hình toán học chính xác để liên kết giữa ảnh 2D và kích thước thực tế của đối tượng cũng là một thách thức không nhỏ. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc giải quyết những vấn đề này để nâng cao độ tin cậy và tính ứng dụng của phương pháp đo gián tiếp 2D.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường

Độ chính xác của đo lường gián tiếp chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Chất lượng hình ảnh là yếu tố then chốt, bao gồm độ phân giải, độ tương phản và mức độ nhiễu. Điều kiện ánh sáng cũng đóng vai trò quan trọng, ánh sáng không đều hoặc quá yếu có thể gây ra sai số. Góc chụp và vị trí của camera cũng ảnh hưởng đến kết quả đo. Ngoài ra, các yếu tố như độ rung của camera, sự biến dạng của ống kính và sai số trong quá trình calib camera cũng cần được xem xét.

2.2. Giải pháp giảm thiểu sai số trong đo gián tiếp 2D

Để giảm thiểu sai số đo lường trong đo gián tiếp 2D, cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật và thuật toán phù hợp. Sử dụng camera có độ phân giải cao và ống kính chất lượng tốt giúp cải thiện chất lượng hình ảnh. Kiểm soát điều kiện ánh sáng và sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh như lọc nhiễu, tăng cường độ tương phản và hiệu chỉnh méo ảnh. Áp dụng các thuật toán calib camera chính xác để xác định các thông số nội tại và ngoại tại của camera. Sử dụng các mô hình toán học phức tạp để bù trừ các sai số do góc chụp và biến dạng hình học.

III. Phương Pháp Xây Dựng Hệ Thống Đo Gián Tiếp 2D Tại ĐHBK

Nghiên cứu tại ĐHBK Hà Nội tập trung vào việc xây dựng một hệ thống đo gián tiếp 2D hoàn chỉnh, bao gồm các bước: thu thập ảnh, xử lý ảnh, trích xuất đặc trưng, xây dựng mô hình và đánh giá độ chính xác. Quá trình xử lý ảnh bao gồm các bước tiền xử lý (lọc nhiễu, tăng cường độ tương phản), phân đoạn ảnh (tách đối tượng khỏi nền), và trích xuất đường biên. Các đặc trưng như điểm góc, đường thẳng và đường cong được trích xuất từ ảnh và sử dụng để xây dựng mô hình 3D của đối tượng. Độ chính xác của hệ thống được đánh giá bằng cách so sánh kết quả đo với các phương pháp đo trực tiếp.

3.1. Thuật toán xử lý ảnh và trích xuất đặc trưng

Các thuật toán xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc trích xuất thông tin từ ảnh 2D. Các thuật toán phổ biến bao gồm lọc Gaussian để giảm nhiễu, cân bằng histogram để tăng cường độ tương phản, và phát hiện cạnh Canny để trích xuất đường biên. Các đặc trưng như điểm góc Harris, đường thẳng Hough và đường cong Bezier được sử dụng để mô tả hình dạng của đối tượng. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của ảnh và yêu cầu của ứng dụng.

3.2. Xây dựng mô hình toán học và hiệu chỉnh camera

Việc xây dựng mô hình toán học chính xác là rất quan trọng để liên kết giữa ảnh 2D và kích thước thực tế của đối tượng. Mô hình camera pinhole thường được sử dụng để mô tả quá trình chiếu ảnh. Các thông số nội tại của camera (tiêu cự, tâm ảnh, hệ số méo) cần được xác định thông qua quá trình calib camera. Các thuật toán calib camera phổ biến bao gồm thuật toán Zhang và thuật toán Tsai. Sau khi calib camera, có thể sử dụng các thuật toán thị giác máy tính để ước tính vị trí và hướng của camera trong không gian.

3.3. Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống

Độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống đo gián tiếp 2D cần được đánh giá một cách khách quan. Các phương pháp đánh giá phổ biến bao gồm so sánh kết quả đo với các phương pháp đo trực tiếp, tính toán sai số trung bình và độ lệch chuẩn, và phân tích độ lặp lại của phép đo. Các yếu tố như điều kiện ánh sáng, góc chụp và tư thế của đối tượng cần được kiểm soát trong quá trình đánh giá. Kết quả đánh giá sẽ giúp xác định các hạn chế của hệ thống và đề xuất các cải tiến.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Đo Gián Tiếp 2D Trong Ngành May Mặc

Một trong những ứng dụng tiềm năng nhất của phương pháp đo gián tiếp 2D là trong ngành may mặc. Việc đo kích thước cơ thể người một cách nhanh chóng và chính xác là rất quan trọng để sản xuất quần áo vừa vặn và thoải mái. ĐHBK Hà Nội đang nghiên cứu ứng dụng đo gián tiếp 2D để xây dựng hệ thống kích thước cơ thể chuẩn cho người Việt Nam, từ đó giúp các nhà sản xuất may mặc tạo ra sản phẩm phù hợp với thị hiếu và vóc dáng của người tiêu dùng. Ngoài ra, phương pháp này cũng có thể được sử dụng để cá nhân hóa quần áo, cho phép khách hàng đặt may quần áo theo số đo riêng của mình.

4.1. Xây dựng hệ thống kích thước cơ thể chuẩn

Việc xây dựng hệ thống kích thước cơ thể chuẩn là rất quan trọng để sản xuất quần áo vừa vặn và thoải mái. Hệ thống này bao gồm các thông số kích thước cơ thể quan trọng như chiều cao, vòng ngực, vòng eo, vòng mông, và chiều dài tay. Các thông số này được thu thập từ một mẫu dân số đại diện và được phân tích thống kê để xác định các kích thước phổ biến và mối quan hệ giữa chúng. Hệ thống kích thước cơ thể chuẩn sẽ giúp các nhà sản xuất may mặc thiết kế quần áo phù hợp với vóc dáng của người tiêu dùng.

4.2. Cá nhân hóa quần áo và may đo theo yêu cầu

Đo gián tiếp 2D có thể được sử dụng để cá nhân hóa quần áo và may đo theo yêu cầu. Khách hàng có thể chụp ảnh cơ thể của mình và gửi cho nhà sản xuất. Nhà sản xuất sẽ sử dụng các thuật toán xử lý ảnh để trích xuất các thông số kích thước cơ thể và tạo ra quần áo vừa vặn với số đo của khách hàng. Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian và công sức so với việc đo trực tiếp và cho phép khách hàng có được những bộ quần áo hoàn hảo.

V. Kết Quả Nghiên Cứu và Đánh Giá Hệ Thống Đo Gián Tiếp 2D

Các kết quả nghiên cứu tại ĐHBK Hà Nội cho thấy phương pháp đo gián tiếp 2D có tiềm năng lớn trong việc đo kích thước cơ thể người. Độ chính xác của phép đo đạt được khá cao, đặc biệt là đối với các kích thước cơ bản như chiều cao và vòng ngực. Hệ thống được xây dựng có tính linh hoạt cao, dễ dàng triển khai và sử dụng. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục, chẳng hạn như độ nhạy cảm với điều kiện ánh sáng và góc chụp. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống, cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng sang các lĩnh vực khác.

5.1. So sánh kết quả đo gián tiếp 2D và đo trực tiếp

Để đánh giá độ chính xác của phương pháp đo gián tiếp 2D, kết quả đo được so sánh với kết quả đo trực tiếp bằng thước và các thiết bị đo cơ học. Sai số trung bình và độ lệch chuẩn được tính toán để định lượng sự khác biệt giữa hai phương pháp. Kết quả cho thấy đo gián tiếp 2D có độ chính xác tương đương với đo trực tiếp đối với các kích thước cơ bản như chiều cao và vòng ngực, nhưng có thể có sai số lớn hơn đối với các kích thước phức tạp hơn.

5.2. Đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế

Tính khả thi và hiệu quả kinh tế của phương pháp đo gián tiếp 2D cũng được đánh giá. Chi phí đầu tư cho hệ thống đo gián tiếp 2D thấp hơn nhiều so với hệ thống quét 3D. Thời gian đo cũng nhanh hơn so với đo trực tiếp. Tuy nhiên, cần có kiến thức chuyên môn về xử lý ảnh và thị giác máy tính để vận hành và bảo trì hệ thống. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng các yếu tố này trước khi quyết định triển khai phương pháp đo gián tiếp 2D.

VI. Hướng Phát Triển Tiếp Theo Nghiên Cứu Đo Gián Tiếp 2D

Trong tương lai, nghiên cứu về đo gián tiếp 2D tại ĐHBK Hà Nội sẽ tập trung vào các hướng sau: phát triển các thuật toán xử lý ảnh tiên tiến hơn để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phép đo; tích hợp các cảm biến và thiết bị đo khác để thu thập thông tin bổ sung; xây dựng các ứng dụng thực tế cho ngành may mặc, y tế và thể thao; và hợp tác với các doanh nghiệp để chuyển giao công nghệ và thương mại hóa sản phẩm. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một hệ thống đo gián tiếp 2D hoàn chỉnh, có thể đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực khác nhau và góp phần vào sự phát triển của nền kinh tế Việt Nam.

6.1. Nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh tiên tiến

Để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp đo gián tiếp 2D, cần nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh tiên tiến hơn. Các thuật toán học sâu như mạng nơ-ron tích chập (CNN) có thể được sử dụng để trích xuất các đặc trưng phức tạp từ ảnh và giảm thiểu sai số do nhiễu và biến dạng. Các thuật toán thị giác máy tính như cấu trúc từ chuyển động (SfM) và SLAM có thể được sử dụng để xây dựng mô hình 3D của đối tượng từ nhiều ảnh 2D.

6.2. Mở rộng phạm vi ứng dụng và hợp tác với doanh nghiệp

Phạm vi ứng dụng của phương pháp đo gián tiếp 2D có thể được mở rộng sang các lĩnh vực khác như y tế, thể thao và công nghiệp. Trong y tế, phương pháp này có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của trẻ em, đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị và thiết kế các thiết bị y tế phù hợp. Trong thể thao, phương pháp này có thể được sử dụng để phân tích kỹ thuật của vận động viên và thiết kế các dụng cụ thể thao tối ưu. Để chuyển giao công nghệ và thương mại hóa sản phẩm, cần hợp tác với các doanh nghiệp trong các lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Nghiên cứu xây dựng hệ thống kích thước cơ thể người phục vụ công nghệ may đòi hỏi quá trình cập nhật liên tục nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất may mặc công nghiệp nội địa. Tại Việt Nam, hệ thống tiêu chuẩn kích thước quần áo trước đây (TCVN 5781:1994, TCVN 5782:1994 và bản cập nhật TCVN 5781:2009, TCVN 5782:2009) sau một thời gian áp dụng đã bộc lộ khoảng cách so với sự thay đổi thể trạng thực tế của người Việt Nam do điều kiện kinh tế - xã hội phát triển.

Phương pháp thu thập dữ liệu nhân trắc truyền thống bằng đo trực tiếp bộc lộ các hạn chế: tốn nhiều thời gian, đòi hỏi lực lượng kỹ thuật viên lớn, và kết quả đo chịu ảnh hưởng bởi yếu tố chủ quan của người thao tác. Phương pháp đo gián tiếp 3D sử dụng kỹ thuật quét quang học tuy có độ chính xác cao nhưng chi phí đầu tư thiết bị rất đắt, hệ thống cồng kềnh, khó di chuyển để đo thực địa diện rộng. Trong khi đó, phương pháp đo gián tiếp sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh 2D có chi phí đầu tư thấp, thiết bị đơn giản, dễ vận hành và cơ động, khắc phục được các nhược điểm trên với độ chính xác nằm trong giới hạn cho phép của ngành May.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm hai nội dung chính:

1. Nghiên cứu thiết lập hệ thống đo gián tiếp kích thước cơ thể người sử dụng kỹ thuật ảnh 2D bao gồm thiết lập hệ thống thiết bị và xây dựng phần mềm thu thập, xử lý dữ liệu nhân trắc nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác nghiên cứu nhân trắc học ngành May.
2. Ứng dụng hệ thống đo gián tiếp 2D đã thiết lập để thu thập dữ liệu nhân trắc, xây dựng hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên các trường đại học và cao đẳng Thành phố Hồ Chí Minh, phục vụ công tác thiết kế và sản xuất quần áo may công nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài gồm:

• Hệ thống thiết bị đo gián tiếp kích thước cơ thể người sử dụng kỹ thuật ảnh 2D bằng camera kết nối máy tính.
• Các mốc đo và thông số kích thước cơ thể nam sinh viên.
• Hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên.

Phạm vi nghiên cứu được xác định trên nhóm khách thể là nam sinh viên đang theo học tại các trường đại học, cao đẳng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh (thuộc các khu vực quận 1, quận 3, quận 9, Bình Thạnh, Gò Vấp, Thủ Đức).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng hợp tình hình nghiên cứu nhân trắc học và hệ thống cỡ số trên thế giới cũng như tại Việt Nam:

Trên thế giới, phương pháp đo gián tiếp 3D đã được triển khai qua các chương trình khảo sát quy mô quốc gia như tại Nhật Bản (1992), Dự án CAESAR (1998), Anh (1999), Trung Quốc (1999), Dự án NedSan (2000), Mỹ (2002) và Châu Phi (2004) với các công nghệ quét bề mặt cơ thể bằng chùm tia laser, máy quét quang học (TC2, Cyberware). Nghiên cứu trắc lượng hình thái qua ảnh 2D đã được thực hiện từ sớm bởi Sheldon, Stevens, Tuckers (1940); Douty (1968); Farrel và Pouliot (1983); Gazzuolo (1985); Heisey, Brown, Johnson (1986). Các nghiên cứu phát triển thuật toán trích xuất mốc đo và tái tạo kích thước từ ảnh 2D gồm có Meunier và Yin (2000); Wang, Chang, Yuen (2003, 2010); Stancic, Supuk, Cecic (2009); Yueh-Ling Lin và Mao-Jiun J. Wang (2010); Tomas Kohlschutter (2012); Patrick Chi-Yuen Hung, Channa P. Witana, Ravindra S.

Về hệ thống cỡ số quần áo, các tổ chức quốc tế và các quốc gia đã ban hành nhiều tiêu chuẩn như: ISO/TR 10652:1991, ISO 7250-1:2008, ISO 8559:1989, ISO 20685; tiêu chuẩn ASTM D6240-98 (Mỹ); BS, KIF (Anh); TGL-20866 (Đức); JIS L4005:2001 (Nhật Bản); KS K 0050:2004 (Hàn Quốc); GB/T 1335 (Trung Quốc); MSZ (Hungary); DS (Đan Mạch). Các nghiên cứu tối ưu hóa phân nhóm cỡ số ứng dụng quy hoạch nguyên và thuật toán phân cụm gồm Tryfos (1986); Salusso-Deonier, Delong, Martin, Krohn (1985); Paal và Ashdown (1998); Paquet và Guo (2006); Lee (2014).

Tại Việt Nam, các nghiên cứu nhân trắc phục vụ may mặc tiêu biểu gồm: Atlat nhân trắc học người Việt Nam trong lứa tuổi lao động (1986); TCVN 5781:1994, TCVN 5782:1994, TCVN 5781:2009, TCVN 5782:2009; công trình nghiên cứu hệ thống cỡ số của Nguyễn Văn Thông (2008), Phan Thanh Thảo (2012), Bùi Thúy Nga (2010, 2011), Chu Thị Mai Hương (2010), Nguyễn Phương Hoa và Trần Thị Minh Kiều (2011), Nguyễn Thị Hà Châu, Phùng Thị Bích Dung (2007), Trần Bích Hoàn (2010), Trần Thị Hường và Nguyễn Văn Lân (2001).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Xây dựng một quy trình công nghệ hoàn chỉnh và phần mềm đo gián tiếp 2D tự động khép kín (từ thu nhận ảnh đồng thời hai hướng, tách nền, tách biên, trích xuất mốc đo, liên kết tọa độ trực giao đồng phẳng, đến tính toán kích thước) và ứng dụng hệ thống này để cập nhật hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và thuật toán xử lý ảnh

• Không gian màu và phân đoạn ảnh: Ứng dụng phép biến đổi phi tuyến từ hệ màu RGB sang không gian màu HSV (Hue, Saturation, Value) để thực hiện kỹ thuật tách hình nền độc lập với sự biến thiên cường độ sáng.
• Kỹ thuật tách biên: Ứng dụng toán tử Canny (Canny edge detector) để trích xuất đường biên hình thể từ ảnh mặt trước và mặt bên hông.
• Mã hóa đường biên: Sử dụng phương pháp mã hóa chuỗi Freeman (Freeman chain code 8 hướng) để biểu diễn quỹ đạo đường biên của đối tượng.
• Trích xuất mốc đo: Xác định tọa độ 72 mốc đo nhân trắc (50 mốc mặt trước, 22 mốc mặt bên hông) dựa trên quy luật chuyển hướng cục bộ và đạo hàm bậc nhất, bậc hai của chuỗi điểm ảnh trên đường biên.
• Thuật toán liên kết hai đường biên và tính kích thước: Thiết lập hệ tọa độ liên kết trực giao đồng phẳng giữa ảnh mặt trước và ảnh mặt bên hông. Để tính toán kích thước vòng, luận án khảo sát các công thức hình elip, công thức Ivory-Bessel và lựa chọn công thức chuỗi lập do đạt sai số nhỏ nhất so với giá trị đo trực tiếp.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập dữ liệu

• Thiết kế thực nghiệm điều kiện chụp ảnh: Khảo sát các thông số nguồn sáng (tự nhiên, sợi đốt, huỳnh quang, ánh sáng kết hợp từ 200 ÷ 380 lux); góc chiếu sáng; độ phân giải camera (2 Mp, 4 Mp, 6 Mp, 8 Mp); chiều cao đặt camera (0,4m; 0,6m; 0,8m); cự ly chụp ảnh (2,5m; 3m; 3,5m); tư thế và trang phục mẫu đo.
• Phương pháp điều tra nhân trắc: Sử dụng phương pháp nghiên cứu cắt ngang (cross-sectional survey). Khảo sát mẫu đo gồm 500 nam sinh viên tại các trường đại học, cao đẳng trên địa bàn TP.HCM; tiến hành phân tích chi tiết trên 495 bộ số liệu hợp lệ. Mẫu đối chứng gồm 50 đối tượng được đo song song bằng phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp 2D để đánh giá sai số.

Phương pháp xử lý số liệu thống kê

• Tính toán các đặc trưng thống kê mô tả: Giá trị trung bình ($\bar{X}$), độ lệch chuẩn ($\sigma$), hệ số bất đối xứng ($SK$), hệ số nhọn ($KU$).
• Kiểm định phân phối chuẩn theo tiêu chuẩn Pearson ($\chi^2$) và Kolmogorov-Smirnov.
• Phân tích tương quan và phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis - PCA) để chọn lọc các kích thước chủ đạo.
• Thiết lập hệ phương trình hồi quy tuyến tính một chiều và nhiều chiều để tính toán các kích thước thứ cấp theo kích thước chủ đạo.
• Công cụ phần mềm: MATLAB (xử lý ảnh), SPSS, Microsoft Excel, Microsoft Office VBA (xây dựng giao diện và cơ sở dữ liệu).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Nghiên cứu tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về các phương pháp đo lường nhân trắc học: phương pháp đo trực tiếp bằng thước Martin, thước dây, thước kẹp; phương pháp đo gián tiếp 3D (chiếu tia quang học, sóng siêu âm, đầu đo CNC, robot); và phương pháp đo gián tiếp 2D dựa trên ảnh kỹ thuật số. Luận án phân tích các khái niệm cơ bản về xử lý ảnh số gồm biểu đồ phân bố mức xám (histogram), các không gian màu RGB, HSV, kỹ thuật tách biên và các công thức hình học xấp xỉ chu vi thiết diện cơ thể.

Chương này cũng tổng quan về quy trình 5 bước xây dựng hệ thống cỡ số quần áo công nghiệp, phân tích cấu trúc hệ thống cỡ số của nhiều quốc gia trên thế giới và đánh giá thực trạng hệ thống cỡ số tại Việt Nam (TCVN 5781, TCVN 5782). Từ đó, chương 1 xác định hướng nghiên cứu: thiết lập hệ thống đo gián tiếp 2D và xây dựng bảng kích thước nhân trắc cho nam sinh viên TP.HCM.

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

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thiết lập hệ thống đo gián tiếp 2D và phương pháp luận xây dựng hệ thống kích thước:

• Thiết lập hệ thống phần cứng gồm 2 camera Logitech tự động lấy nét (auto focus) kết nối đồng thời với máy tính cá nhân để chụp ảnh đồng thời mặt trước và mặt bên hông của đối tượng.
• Thực nghiệm xác định điều kiện chụp ảnh tối ưu: cường độ ánh sáng, vị trí đèn, khoảng cách chụp, chiều cao camera, phông nền đơn sắc, trang phục và tư thế đứng chuẩn hóa của mẫu đo.
• Xây dựng thuật toán xử lý ảnh gồm 5 khối chức năng: Tách nền bằng chuyển đổi RGB sang HSV; Tách đường biên bằng toán tử Canny; Mã hóa đường biên bằng Freeman chain code; Trích xuất tự động 72 mốc đo nhân trắc; Đồng phẳng hóa và liên kết tọa độ hai đường biên để tính 38 thông số kích thước cơ thể (kích thước dài, rộng, dày, vòng).
• Lập trình phần mềm đo gián tiếp 2D và thiết kế giao diện tương tác người dùng.
• Quy trình toán thống kê xây dựng hệ thống cỡ số: xác định kích thước chủ đạo bằng PCA, xác định khoảng bước nhảy, phân nhóm chiều cao và vòng ngực, xây dựng phương trình hồi quy xác định 36 kích thước thứ cấp, và đánh giá tỷ lệ đáp ứng của các cỡ số.

Chương 3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và phân tích dữ liệu:

1. Kết quả thiết lập điều kiện chụp ảnh 2D:

   • Cường độ ánh sáng phù hợp từ 300 ÷ 380 lux; hướng chiếu sáng cùng chiều camera.
   • Độ phân giải camera tối ưu là 2 Megapixels (kích thước ảnh 780x1200 pixels), cho đường biên mịn, giảm dung lượng bộ nhớ và tốc độ xử lý nhanh.
   • Vị trí đặt camera: chiều cao $0,8\text{ m}$, khoảng cách từ camera đến tâm mẫu đo là $3\text{ m}$.
   • Tư thế mẫu đo: đứng thẳng, hai chân dang cách nhau một khoảng xác định, hai tay dang cách thân một góc phù hợp để không che khuất đường biên thân và đường biên cánh tay.

2. Đánh giá độ chính xác của hệ thống đo gián tiếp 2D:

   • Sai số trích xuất mốc đo của hệ thống so với phương pháp trực tiếp nằm trong khoảng $0 \div 5\text{ mm}$.
   • Sai số tính toán 38 kích thước cơ thể so với đo trực tiếp trên 50 mẫu đối chứng dao động trong khoảng $0 \div 2\text{ cm}$, đáp ứng dung sai kỹ thuật cho phép trong sản xuất may mặc trang phục nam.
   • So sánh thời gian và nhân lực trên 50 mẫu (Bảng 3.21):

Nội dung so sánh	Phương pháp trực tiếp	Đo gián tiếp 2D
Nhân công thực hiện	7 người (3 đo, 3 ghi chép, 1 quản lý mẫu)	2 người (1 hướng dẫn thao tác, 1 vận hành máy tính)
Thời gian đo mẫu	6 giờ / 50 mẫu	3 giờ / 50 mẫu
Nhân công nhập số liệu	2 người (1 đọc, 1 nhập máy tính)	0 người (hệ thống tự động trích xuất và lưu trữ)
Thời gian nhập số liệu	4 giờ	0 giờ

3. Kết quả xây dựng hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên:
   • Phân tích thống kê trên 495 sinh viên xác định 2 kích thước chủ đạo là Chiều cao đứng và Vòng ngực lớn nhất (Vòng ngực 2). Cả hai kích thước này đều tuân theo quy luật phân phối chuẩn.
   • Bước nhảy được chọn: Chiều cao đứng là $6\text{ cm}$; Vòng ngực 2 là $4\text{ cm}$.
   • Hệ thống cỡ số đề xuất gồm 13 cỡ phân bố trên 4 nhóm chiều cao (157, 163, 169, 175 cm), đạt tỷ lệ bao phủ đáp ứng $97,79%$ đối tượng khảo sát. Tần suất xuất hiện cao nhất tập trung ở nhóm chiều cao $163\text{ cm}$ và $169\text{ cm}$, vòng ngực $81\text{ cm}$, $85\text{ cm}$, $89\text{ cm}$.
   • So sánh với TCVN 5782:2009 (Bảng 3.20):

Tiêu chí	Hệ thống xây dựng bằng đo 2D	TCVN 5782:2009
Số lượng kích thước	38 kích thước	11 kích thước
Số lượng cỡ số	13 cỡ	12 cỡ
Kích thước chủ đạo	Chiều cao cơ thể, Vòng ngực	Chiều cao, Vòng ngực, Vòng mông
Bước nhảy chiều cao	$6\text{ cm}$	$6\text{ cm}$
Bước nhảy vòng ngực	$4\text{ cm}$	$4\text{ cm}$
Phạm vi chiều cao (Min - Max)	$157 \div 175\text{ cm}$	$152 \div 176\text{ cm}$
Phạm vi vòng ngực (Min - Max)	$77 \div 89\text{ cm}$	$76 \div 94\text{ cm}$

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt khoa học

• Xây dựng hệ công thức toán học liên kết hai đường biên từ hai ảnh chụp trực giao (mặt trước và mặt bên hông), đảm bảo các tiết diện vòng cắt ngang cơ thể được tính toán đồng phẳng và trực giao.
• Xác lập quy trình tự động hóa khép kín: thu nhận ảnh, lọc tách nền theo không gian màu HSV, tách biên Canny, mã hóa chuỗi Freeman, trích xuất tự động 72 mốc đo và tính toán 38 kích thước nhân trắc.
• Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu nhân trắc học hoàn chỉnh gồm 38 kích thước cơ thể của nam sinh viên khu vực TP.HCM.

Đóng góp về mặt thực tiễn

• Thiết lập hệ thống đo gián tiếp 2D sử dụng 2 camera kết nối máy tính với chi phí đầu tư thấp, thiết bị gọn nhẹ, dễ di chuyển đo ngoại cảnh, giảm nhân lực từ 7 người xuống 2 người và rút ngắn hơn $50%$ thời gian thu thập dữ liệu.
• Xây dựng phần mềm đo gián tiếp kích thước cơ thể người có giao diện đồ họa thuận tiện, hỗ trợ quản lý cơ sở dữ liệu và thư viện mannequin phục vụ nghiên cứu và thiết kế sản phẩm.
• Đề xuất bảng thông số 13 cỡ số quần áo nam sinh viên đạt tỷ lệ đáp ứng $97,79%$, là cơ sở thực tế cho các doanh nghiệp may công nghiệp tối ưu hóa cỡ vóc sản xuất và hỗ trợ công tác thiết kế rập trang phục nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Hệ thống đo gián tiếp 2D và các thuật toán trích xuất mốc đo hiện tại mới được nghiên cứu và tối ưu hóa trên đối tượng nam sinh viên (nam giới trưởng thành); chưa áp dụng trực tiếp cho đối tượng nữ giới hoặc trẻ em do sự khác biệt về hình thể và các mốc giải phẫu.
• Độ chính xác của phép đo 2D phụ thuộc vào sự tuân thủ nghiêm ngặt về tư thế đứng và trang phục bó sát của đối tượng đo.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và nâng cao độ chính xác của kỹ thuật đo gián tiếp 2D khi tích hợp các dòng camera và máy ảnh kỹ thuật số thế hệ mới.
• Phát triển mô-đun thiết kế rập và thiết kế trang phục nam tự động từ thư viện mannequin ảo của hệ thống đo 2D.
• Xây dựng chức năng tư vấn lựa chọn cỡ số trang phục trực tuyến cho khách hàng thông qua hình ảnh thu nhận qua mạng Internet.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các đối tượng sau:

• Nghiên cứu sinh, giảng viên, sinh viên ngành Kỹ thuật Dệt May và Công nghệ May: Tham khảo phương pháp nghiên cứu nhân trắc học, quy trình xử lý dữ liệu thống kê xây dựng cỡ số, và thuật toán tích hợp kỹ thuật xử lý ảnh trong đo lường kích thước cơ thể.
• Kỹ sư thị giác máy tính và công nghệ thông tin: Tham khảo mô hình xử lý biên Canny, mã hóa chuỗi Freeman và giải thuật trích xuất đặc trưng hình thái học từ ảnh 2D.
• Các doanh nghiệp sản xuất hàng may mặc: Sử dụng bảng thông số 38 kích thước chi tiết và hệ thống 13 cỡ số nam để thiết kế bảng thông số kỹ thuật sản phẩm, phân cấp nhảy cỡ rập (grading), và xây dựng kế hoạch cỡ vóc sản xuất cho thị trường nội địa.
• Các cơ quan tiêu chuẩn hóa: Sử dụng dữ liệu thực nghiệm để phục vụ công tác rà soát, cập nhật các tiêu chuẩn quốc gia về nhân trắc học và cỡ số trang phục (TCVN 5781 và TCVN 5782).

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện chụp ảnh tối ưu được xác lập cho hệ thống đo gián tiếp 2D là gì?
Hệ thống sử dụng 2 camera Logitech (chế độ auto focus) đặt ở độ cao $0,8\text{ m}$, khoảng cách đến tâm mẫu đo là $3\text{ m}$. Chế độ phân giải camera chọn 2 Megapixels (ảnh $780\text{x}1200\text{ pixels}$). Nguồn sáng đạt cường độ $300 \div 380\text{ lux}$ chiếu cùng chiều camera. Phông nền đơn sắc tương phản với trang phục mẫu đo. Mẫu đo đứng thẳng theo tư thế quy chuẩn, dang tay và dang chân góc độ xác định.

2. Thuật toán nào được sử dụng để xử lý ảnh và trích xuất mốc đo trong luận án?
Luận án sử dụng phương pháp biến đổi không gian màu RGB sang HSV để tách hình nền; áp dụng toán tử Canny để tách đường biên mặt trước và mặt bên hông; sử dụng mã chuỗi Freeman 8 hướng để biểu diễn đường biên; và trích xuất tự động 72 mốc đo (50 mốc mặt trước, 22 mốc mặt bên) dựa trên quy luật thay đổi hướng của các pixel biên.

3. Độ chính xác của hệ thống đo gián tiếp 2D đạt mức nào so với phương pháp đo trực tiếp?
Sai số trích xuất tọa độ mốc đo dao động trong khoảng $0 \div 5\text{ mm}$. Sai số tính toán 38 kích thước cơ thể so với đo trực tiếp nằm trong giới hạn $0 \div 2\text{ cm}$. Mức sai số này nằm trong dung sai kỹ thuật cho phép đối với sản xuất may công nghiệp trang phục nam.

4. Kích thước chủ đạo và hệ thống cỡ số nam sinh viên được xây dựng như thế nào?
Luận án xác định 2 kích thước chủ đạo là Chiều cao đứng và Vòng ngực 2 (đều tuân theo phân phối chuẩn). Bước nhảy chiều cao là $6\text{ cm}$, bước nhảy vòng ngực là $4\text{ cm}$. Hệ thống kích thước gồm 13 cỡ số phân theo 4 nhóm chiều cao ($157\text{ cm}$, $163\text{ cm}$, $169\text{ cm}$, $175\text{ cm}$), đạt tỷ lệ bao phủ đáp ứng $97,79%$ tập mẫu nghiên cứu.

5. Hiệu quả về thời gian và nhân lực của phương pháp đo 2D so với đo trực tiếp ra sao?
Khi khảo sát 50 mẫu, phương pháp trực tiếp cần 7 nhân công thực hiện trong 6 giờ đo và 4 giờ nhập liệu (tổng cộng 10 giờ). Phương pháp đo gián tiếp 2D chỉ cần 2 nhân công thực hiện trong 3 giờ đo, dữ liệu được hệ thống tự động trích xuất và lưu trữ trực tiếp, không mất thời gian và nhân lực nhập liệu thủ công.

Kết luận

Luận án đã thiết lập hệ thống đo gián tiếp kích thước cơ thể người sử dụng kỹ thuật ảnh 2D từ 2 camera kết nối máy tính, bao gồm quy trình chụp ảnh chuẩn hóa, thuật toán xử lý ảnh, trích xuất mốc đo và phần mềm chuyên dụng. Hệ thống có độ chính xác đạt sai số $0 \div 2\text{ cm}$, tiết kiệm nhân lực và thời gian khảo sát nhân trắc so với phương pháp đo truyền thống. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng thành công bảng thông số 38 kích thước và hệ thống 13 cỡ số cho nam sinh viên TP.HCM với tỷ lệ đáp ứng $97,79%$, cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tiễn phục vụ công tác thiết kế, sản xuất may công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 ……………………………………………………………. 36 Hướng nghiên cứu của luận án ………………………………………………. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………………………………………………………………… 37 2. Thiết lập hệ thống đo gián tiếp sử dụng kỹ thuật ảnh 2D ………………….

Thực nghiệm chụp ảnh 2D …………………………………………. Yêu cầu và tiêu chí đánh giá chất lượng ảnh 2D …. Thiết lập điều kiện chụp ảnh 2D…………………………………… 39 2. Nghiên cứu xây dựng phương pháp xử lý ảnh ………………………… 45 2.

Phương pháp tách hình nền ………………………………………. Phương pháp tách đường biên ……………………………………. 47 v luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep Trang 2. Phương pháp mã hóa đường biên ………………………………….

Phương pháp liên kết hai đường biên ……………………………. Phương pháp trích xuất mốc đo …………………………………… 50 2. Chọn công thức tính kích thước cơ thể người…………………………. Lập trình phần mềm đo gián tiếp kích thước cơ thể từ ảnh ….

Đánh giá hệ thống đo gián tiếp kích thước cơ thể từ ảnh ……………. Xây dựng hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên Thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng phương pháp đo gián tiếp 2D……………………. Xác định cỡ mẫu ………………………………………………………. Đo kích thước cơ thể nam sinh viên ………………………………….

Tính toán thống kê ……………………………………………………. Phân tích tương quan giữa các kích thước ……………………………. Xác định kích thước chủ đạo …………………………………………. Xác định bước nhảy …………………………………………………… 65 2.

Xác định số lượng cỡ số ………………………………………………. Tính giá trị thứ cấp theo hàm tương quan từ giá trị kích thước chủ đạo 65 2. Đánh giá hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên …………………. 66 Kết luận chương 2 ………………………………………………………… 66 CHƯƠNG 3.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN …………………. Kết quả thiết lập hệ thống đo gián tiếp sử dụng kỹ thuật ảnh 2D ………… 68 3. Kết quả thực nghiệm chụp ảnh 2D…………………………………. Thiết lập điều kiện chụp ảnh 2D ……………………………………… 76 3.

Quy trình chụp ảnh cho hệ thống đo gián tiếp 2D……………………. Cấu trúc hệ thống đo gián tiếp kích thước cơ thể sử dụng kỹ thuật ảnh 2D ……………………………………………………………………. Đánh giá hệ thống đo gián tiếp sử dụng kỹ thuật ảnh 2D …………………. Đánh giá độ chính xác thuật toán trích xuất mốc đo ………………….

So sánh các đặc trưng thống kê từ kết quả đo gián tiếp 2D và trực tiếp 86 3. Đánh giá tính kinh tế của hệ thống đo gián tiếp 2D…………………… 88 3. Ứng dụng hệ thống đo gián tiếp 2D trong xây dựng hệ thống kích thước cơ thể nam sinh viên …………. Tính toán các đặc trưng thống kê của số đo nhân trắc ………………… 88 3.

Phân tích tương quan giữa các kích thước nhân trắc …………………. Xác định kích thước chủ đạo …………………………………………. Xác định bước nhảy đối với các kích thước chủ đạo …………………. Xác định số lượng cỡ số ……………………………………………….