Способ бесконтактного измерения поверхности стопы и голени Советский патент 1989 года по МПК A43D1/02 

1

Изобретение относится к области измерения размеров и формы стопы и голени человека и может быть использовано для автоматического измерения координат поверхности в системе с ЭВМ.

Цель изобретения - сокращение времени измерения путем уменьшения времени обработки изображений.

На фиг. 1 и 2 приведена схема устройства, реализующая способ, в двух проекциях; на фиг. 3 - схема определения координат точки поверхности по ее изображению на матрица фотодетекторов телекамеры в двух проекциях.

Устройство, реализующее способ, включает в себя основание 1, служащее опорной плоскостью для измерения стопы 2, и осветитель, установленный на основании 1 и создающий К плоских

лучей, параллельных основанию 1 и образующих замкнутые световые следы на поверхности стопы 2. Конструкция осветителя позволяет последовательно включать тот или иной плоский луч с номерами от 1 (снизу)до К (сверху). Осветитель состоит из зеркал 3, зеркального барабана 4, вращаемого с. большой скоростью электроприводом, и источника 5 горизонтальных лучей. Источник 5 представляет собой линейку полупроводниковых лазеров с оптической системой, которые могут подключаться отдельно и направляют узкие лучи на зеркальный барабан 4, который разворачивает их в плоскость . С внешней и внутренней боковой поверхности стопы 2 симметрично и под углом к основанию 1 неподвижно установлены две телекамеры 6.

Ј

00

о

3

со &

Причем оптические оси их оптических систем 7 образуют угол 2{/, вершина которого направлена к основанию I , а биссектрисса 00 перпендикулярна основанию 1 и лежит в плоскости продольного вертикального сечения стопы. Фотоприемником телекамер 6 служит матрица 8 типа ПЗС с жестким растром. ПЗС-матрицы 8 телекамер 6 соединены с блоком 9, где производится сканирование кадра и выделение координат n, m положения светового пятна на матрице.(В предлагаемом устройстве ряд световых пятен образует изображение светового следа на поверхности стопы). Выход блока 3 подключается к ЭВМ 10. Схема 11 управления производит переключение световых плоскостей и подключен к ЭВМ 10.

Измерение координат поверхности стопы и голени производят следующим образом.

Стопа устанавливается так, чтобы биссектрисса угла 2 oi проходила посередине стопы, а плоскость угла 2oi была бы перпендикулярна среднему продольно-вертикальному сечению стопы. Схема 1 1 управления включает певый плоский луч и подает в ЭВМ сигнал в виде кода номера луча. Блок 9 определяет координаты точек изображения следа луча. ЭВМ 10 для кажд точки изображения по координатам этой точки на матрице 8 и по высоте луча h; определяемой его номером i а также с учетом постоянных позиций оптических систем 7, рассчитывает пространственные координаты соответствующей точки поверхности стопы. Координаты ряда точек образуют горизонтальное сечение стопы, отсекаемое данным лучом. Схема 1 1 управления выключает данный луч и включает следующий по счету луч и процесс повторяется. Таким образом, перебирают все К лучей и на выходе ЭВМ получают координаты поверхности стопы по горизонтальным сечениям. Расчет координат точки поверхности производят следующим образом. На фиг. 3 изображена точка С поверхности голени 2 и ее изображение на матрице 8 в виде двух проекций с координатами пит центра матрицы 8-. Изображение строится с помощью оптической системы 7, оптическая ось которой FF0 пересекает ось OZ

под углом oi ( фиг. 1) . Точка С принадлежит световой плоскости h, перпендикулярной оси OZ, и имеет известную координату по оси Z. Также известны и, кроме того, неизменны отрезки FF0 (обозначим f);FOM (обозначим М), O F и угол ft . Известный отрезок О h, отсекаемый световой плоскостью, обозначим h. Координаты точки С - О Y определятся как O Y 0(F - YF, где

YF - h

tg/3

угол р Ps + Д } , где tg (|ф)

20 Определение координаты Y сводится к определению tg ft ,.

t p - V p --fHiVei

25

f +

M«m

0 Y

0 F - h

M + m

Здесь переменна только величина m, а при смене светового сечения и величина h. По величине h определяют координату X. X YF tg Д1 ,т.е . отыскание угла дает координату X, так

как величина,. М-п YF hf

M + m

уже известна.

Для определения угла используют зависимость

n

tgj

fm

5

0

5

где Fm - проекция луча Fm на ось О М. Из треугольника mm1 M находят Fm FM - m M FM - mM-cosoi-, где только т переменная величина.

Таким образом, зная величины т,п, h, можно найти координаты X, Y, Z для любой точки С. Для компенсации погрешностей установки камер и их оптических систем можно использовать метод таррировки.

При таррировке вместо световых плоскостей h; размещают таррировоч- ную координатную сетку, получают ее изображение на матрицах 8, приводят в соответствие избражения узлов сетки с координатами гп П; на матрице. Полученные результаты (координаты X;Y;Z;) заносят в (ПЗУ) постоянное

запоминающее устройство, в котором играют роль адреса. ПЗУ при этом используется вместо ЭВМ 10.

На опорной плоскости 1 нанесены оси X и Y этой системы в виде перекрещивающихся линий. Для обеспечения равных условий измерения для всех участков стопы желательно середину стопы по длине совмещать с цент ром О. В предлагаемом устройстве это выполняется для стопи наибольшего размера: пятка совмещается с точкой О1 с помощью упора, а расстояние равно половине наибольшей длины стопы. Результаты измерения

можно представить в системе с цент. ром О путем суммирования значении

по координате X с величиной . При измерениях стопу ориентируют под небольшим углом (до 20 ) к оси X к внутренней стороне стопы (пунктир фиг. 1). При этом делается разметка опорной плоскости, а разворот стопы учитывают путем пересчета системы координат на ЭВМ. При необходимости характерные точки линии обмера стопы и их размеры могут быть получены на ЭВМ из массива данных сплошного измерения поверхности стопы и голени или с помощью интерполяции этих данных .

Способ может быть использован для подготовки данных, а также в качестве измерительного устройства для

807996

антропометрии в медицинских целях и обувных ателье и т.д.

Формула изобретения

I . Способ бесконтактного измерения поверхности стопы и голени человека, заключающийся в освещении измеряемой поверхности со всех сто- ю рон, получении изображения стопы и голени с помощью двух съемочных камер, установленных симметрично на расстояниях к продольно-вертикальному сечению стопы и голени, оптические

15 оси камер которых находятся в одной плоскости,.причем по полученным изображениям определяют объемную поверхность стопы и голени путем построения горизонтальных сечений сто20 пы и голени, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, стопу и голень освещают плоскими лучами, параллельными опорной плоскости стопы, при этом

25 оптические оси камер образуют угол, вершина которого направлена в сторону опорной плоскости, а плоскость, в которой они расположены, перпендикулярна продольно-вертикальному се30 чению стопы.

2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что шаг следования плоских лучей по высоте выбирают в зоне стопы в 4-5 раз меньше, чем в зоне голени.

; Фие. 2

Фиг.З

Составитель В. Топоров Редактор Л. Зайцева Техред м.Ходанйч Корректор И. Горная

Изобретение позволяет сократить время измерения путем получения с помощью двух телевизионных камер изображения стопы и голени человека освещаемых со всех сторон плоскими лучами, параллельными основанию, и вычисления координат поверхности стопы и голени по телевизионным сигналам полученных изображений. Телевизионные камеры располагаются симметрично относительно средней вертикали стопы и голени, оптические оси телевизионных камер лежат в одной плоскости и направлены под углом α, выбираемым в пределах 90±20° относительно средней вертикали стопы и голени. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

Заказ 2602/2

Тираж 413

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное