CN1344907A - 足部测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了足部测量系统和方法,从足底和/或倾斜顶侧方向扫描人的足部,产生足部形状的像素数据,然后使用产生的像素数据计算获得最后设计(如鞋的设计)需要的主要的足部尺寸和其他信息。足部测量系统包括:足部数据产生装置,产生足部形状的像素数据,并将它们传输到外部,像素数据是通过向放置在一个底板上的足部发射光并分析反射光的信息获得;图象处理装置,用行扫描法和/或立体视觉法,通过分析从足部数据产生装置传输的像素数据,产生足部图象。

Description

足部测量系统和方法

本发明领域

本发明涉及足部测量系统和方法；特别涉及这样的足部测量系统和方法，即，从底部和或倾斜的顶侧方向扫描人的足部，产生足部形状的像素数据，然后用产生的像素数据计算得到最终设计(例如鞋的设计)所需的主要足部尺寸和其他信息。

现有技术的说明

一般来说，现在已知有制造鞋或足部治疗装置的方法，其中使用塑料绷带制造的人足部的模型，并且使用这些模型用具有适合性能的合成树脂制造鞋或足部治疗装置。在按要求制造的普通的鞋时，制鞋人将订购者的足部放置在纸上，画出订购者的足部的轮廓并用尺子测量足部的主要尺寸。这样的工作是为了取得订购者的足部形状。然后制鞋人形成适合于测量的足部尺寸的足部楦子，用这个足部楦子制造鞋。

但是，在用塑料绷带制造模型和根据该模型制造鞋或足部治疗装置中有缺点。即，进行这项工作费长时间，它不能够大量生产，只能够对于具体个人单个制造，以致其他的人不能够使用制造的足部治疗装置。而且，在使用接触式的足部尺寸测量方法时，要测量的人应长时间保持一个不动的姿势，否则不能够获得精确的测量值。尽管不方便，测量的数据不能够再现。

普通的订购鞋的制造也是不方便的，制鞋人用手测量订购者的足部尺寸，测量是费时间的。尽管不方便，测量不能够很精确，以致制鞋人不能够制造最适合订购者足部的鞋。

本发明概述

因此，本发明的目的是提供足部测量系统和方法，从底部和/或倾斜的顶侧方向扫描人的足部，产生足部形状的像素数据，然后用产生的像素数据计算最后设计(如鞋设计)需要的主要的足部尺寸和其他信息。

根据本发明的一个实施例，提供一种足部测量系统，它包括：足部数据产生装置，产生足部形状的像素数据并将它们传输到外部，所述的像素数据是通过向在一个底板上放置的足部发射光并且分析反射光的信息获得；和图象处理装置，通过用行扫描法和/或立体视觉法，分析从所述的足部数据产生装置传输的所述像素数据，产生足部图象。

其中最好是，所述的足部数据产生装置包括：一个图象产生部分，通过向所述的足部发射光并分析反射光的所述信息来产生足部形状的所述像素数据；足部数据存储器部分，存储所述产生的像素数据；驱动装置，用于移动所述图象产生部分；和一个控制部分，用于控制所述图象产生部分、所述足部数据存储器部分和所述驱动部分。

所述图象产生部分可以包括：在所述底板下的发光部分(光源)，用于向所述测量的足部的底部发出光；和图象传感器，用于测定从所述足部的底部反射的光并产生所述像素数据，所述驱动装置可以用于在所述底板下水平地移动所述图象产生部分。所述图象产生部分也可以包括：一个在所述测量的足部上倾斜放置的发光部分，用于向足部的顶和侧表面倾斜发射光；和图象传感器，测定从足部的表面反射的光并产生所述像素数据，所述驱动装置可以用于围绕所述测量的足部旋转所述图象产生部分。

根据本发明的另一个实施例，提供一种足部测量方法，包括以下步骤：向足部和/或足部的顶部和侧表面发射光，并用传感器测定反射的光；将所述传感器测定的所述反射光转换成电子信号，并将所述电子信号转换成包括图象信息的像素数据；用行扫描方法和/或立体视觉方法，利用所述的像素数据产生足部的三维图象坐标；和从所述三维图象坐标计算足部每个部分的至少一个距离和坐标。

附图简要说明

通过以下结合附图的优选实施例的说明，本发明的上述和其他目的和特征将更加明了。

图1示出一个根据本发明的实施例的足部测量系统的装置配置；

图2是在图1的本发明实施例的足部测量系统中，用行扫描方式产生足部的底部形状数据的第一足部数据产生装置的配置方框图；

图3是在图1的本发明实施例的足部测量系统中，用立体视觉方式产生足部顶和侧表面的三维形状数据的第二足部数据产生装置的配置方框图；

图4是在本发明实施例的足部测量系统中，根据像素数据计算足部形状信息的方法的图；

图5是本发明实施例足部测量方法的操作流程图。

优选实施例的详细说明

参照附图通过以下实施例详细说明本发明。这些实施例将解释：通过扫描足部的底部产生足部的底部信息的行扫描方式，和通过用激光发生器扫描足部的顶和侧表面，产生足部的顶和侧表面的三维形状信息的立体视觉方式。但是，上述的实施方式也能够由本发明行业内的人士修改。因此，本发明的原理范围不限于下述的特定的行扫描和立体视觉方式，并且可以包括各改变和修改方案。

图1示出本发明实施例的一种测量系统的装置配置。图2是在图1的本发明的实施例的足部测量系统中，用行扫描方式产生足部的底部形状数据的第一足部数据产生装置的配置的方框图。图3是在图1本发明实施例足部测量系统中，用立体视觉方式产生足部的顶和侧表面的三维形状数据的第二足部数据产生装置的配置的方框图。

如图1所示，本发明的足部测量系统可以包括第一足部数据产生装置10，第二足部数据产生装置100，接口电缆20，和计算机30。根据制鞋人的操作，计算机30经由接口电缆20将足部测量指令信号传输到第一和第二足部数据产生装置10和100，以便接收第一和第二足部数据产生装置10和100产生的足底以及顶和侧表面的三维形状的像素数据，然后使用传输的像素数据产生足部的形状信息，以将它提供给制鞋人或设计者。

第一足部数据产生装置10可以从底板下的一个光源发射光，所述底板最好是被测量的人将他或她的足部放在其上的测量足部形状的玻璃底板12。然后，第一足部数据产生装置10从反射的光产生足底的像素数据，经接口电缆20将像素数据传输到外部。在玻璃底板12上形成一条端线11，在被测量的人将他或她的足部放置在玻璃底板12上时，它能够用于协调要测量的人的足部后跟。当用底部图像产生部分40发射的光来检测端线11时，第一足部数据产生装置10终止为足底产生像素数据。

见图2，第一足部数据产生装置10可以包括底部图象产生部分40，足底数据存储器部分50，控制部分或控制单元60，滚子驱动部分(未示出)，和滚子80。底部图象产生部分40包括镜头42，光源或发光部分44和图象传感器46。

底部图象产生部分40可以从在玻璃底板12下的光源或发光部分44向底板12上的足部发射光，并且用图象传感器46测定从底板12反射的光，产生足底的像素数据。可以使得光源或发光部分44向玻璃底板12的底部发射白光或红(R)、绿(G)、兰(B)混合的光。然后，图象传感器46能够通过镜头42收集从玻璃底板12反射的光。收集的光被转换成电子信号，然后又转换成数字信号，即足底的像素数据。因此，图象传感器46可以包括A/D转换器。足底数据存储器部分50能够根据从控制部分60输入的控制信号，存储从图象传感器46传输的足底的像素数据，并且根据控制部分60的指令，向计算机30传输存储的像素数据。

控制部分60也能够响应从计算机30发出的经接口电缆20传输的足部形状的测量指令信号，输出驱动滚子80的滚子驱动信号。然后滚子80能够响应从控制部分60输入的滚子驱动信号，沿向端线11的方向移动图象产生部分40。

第二足部数据产生装置100可以向足部的顶和侧表面发射激光，并测定从测量的足部反射的光，从而产生足部的顶和侧表面的像素数据。见图2和3，第二足部数据产生装置100可以包括三维图象产生部分140，三维足部数据存储器部分150，控制部分或控制单元160，CCD小车(cart)的移动轨道180，和CCD小车的驱动电机190。三维图象产生部分140可以包括例如激光发生器的光源或发光部分140，镜头142，和CCD的图象传感器146。在此，每个控制部分160和三维足部数据存储器部分150可以与控制部分60和足底数据存储器部分50分别结合，或它们分开地构成。

发光部分144实现激光发生器的功能，向测量的足部的顶和侧表面发生激光。CCD图象传感器146可以通过镜头42收集和捕获从足部的顶和侧表面反射的光。然后，收集的激光可以转换成电子信号，并且所述电子信号可以转换成数字信号，即足部的顶和侧表面的三维像素数据。因此，图象传感器146可以包括A/D转换器。

通过计算机30的操作，根据从控制部分160输入控制信号，三维足部数据存储部分150能够存储激光位置的信息，即从CCD图象传感器146传输的足部三维数据，并且向计算机30传输存储的足部三维数据。

控制部分160可以响应从计算机30传输的测量三维足部形状的指令信号，输出驱动步进电机190的信号，使得三维图象产生部分140能够在CCD小车移动轨道180上被顺时针或逆时针移动360度，轨道180设置在测量的足部的圆周上。最好是，三维图象产生部分140在CCD小车移动轨道180上移动360度返回到原来位置。最好是，CCD小车移动轨道180和三维图象产生部分140与用于足部图象处理的三维测量软件一起工作。最好是，图象产生部分140的足部图象测量开始时间和终止时间与轨道180的旋转时间同步。

计算机30可以接收足底数据存储器部分50和/或三维足部数据存储器部分150的像素数据，并且作为处理行扫描和/或立体视觉图象的装置，以析取主要的足部尺寸。如图2和3所示，计算机30可以包括轮廓信息输出装置32和/或图象处理装置132，它们能够在底部取得图象产生部分40线性移动时取得足底的像素数据，和/或能够取得在三维图象产生部分140顺时针或逆时针旋转360度时存储的三维像素数据，并将它们重建和绘制成足部的底部和/或顶和侧表面的图象信息。图3中的三维图象处理装置132可以与图2中的轮廓信息输出装置32结合，或分开构成。

在下面参见图4说明，利用第二足部数据产生装置100产生的三维像素数据计算足部图象信息的方法的实施例。图4是使用光学三角形方法作为三维测量原理的例子的图。光学三角形方法是一项根据几何光学原理的位移测量技术。光学三角形方法的坐标系统存在于一个平面内，两个光轴与z坐标轴以θ角相交。使用应用到本发明的光学三角形方法测量三维形状的原理中，两个光轴之一是用于在测量体的表面上的形成一个光点的激光，另一个是用于收集在光点上的图象光的CCD图象的光轴。在测量体上形成的光点根据测量体的相对位置沿激光线性移动。光点投影在CCD矩阵平面的图象坐标(α(宽度)×β(长度))上。然后，CCD将光的强度转换成电子信号，电子信号又由图象攫取器转换成计算机显示器的坐标(N(宽度)×M(长度)。计算机显示器坐标被析取，转换成CCD矩阵的图象坐标Q(x’，y’)，以便通过应用光学三角形方法，计算从测量体到CCD的距离S^*。为了获得测量体的三维形状，CCD沿着距离测定体一定距离的圆周旋转360度，并以预定的角度测量从测量体到CCD的距离。此后，光点被转换成测量体坐标P(x，y，z)，以测量体的中心作为坐标原点。

现在，参见图4进行更详细的说明。在测量体的坐标的特定点P(x，y，z)上的光投影在CCD矩阵图象坐标Q(x’，y’)上。根据测量体到CCD的距离的改变，此图象坐标沿图象坐标x’的系统移动。在CCD镜头的焦距定义为f时，通过如下的数学公式的旁轴光学，获得给定的测量体距离s和图象距离s’的关系。

从下列公式的几何关系获得，在测量体表面上的定点P的离CCD的体距离s^*。

            S^*＝s-pcosθ(2)

在此，p是测量体的点P离坐标原点的距离。根据CCD镜头的放大关系的下列公式，定义图象坐标Q离图象坐标系统原点的距离q。 $\frac{q}{p\×\sin \mathrm{\θ}}=\frac{s^{\′}}{s^{*}}--\left(3\right)$

在公式(2)代入到公式(3)时，在下列公式(4)中获得，在测量体的轨迹上移动的激光光点的距离p和与距离p相应的图象坐标的距离q之间的关系。 $p=\frac{q\×s}{(s^{\′}\×\sin \mathrm{\θ})+(q\×\cos \mathrm{\θ})}----\left(4\right)$

在此，获得的p是从测量体的坐标系统的原点到发射到测量体表面上的激光光点的距离。用这个值可获得测量体的坐标P(x，y，z)。在通过步进电机的运行，CCD小车沿测量体的周线旋转到角时，公式(4)获得的测量体坐标P(x，y，z)旋转到角。因此，通过在公式(5)中用旋转的角()补偿坐标，可产生模型坐标P_M(x_m，y_m，z_m)。

使用足底的像素数据和足部的三维图象，通过轮廓信息输入装置32和图象处理装置132计算的足部的信息的例子可包括：圆形突出部(Ball)围长；足部长度，即从足部的端点(后跟)到最长的脚趾端的距离；脚背长度，即从足部的端点到足部内中心点的距离；腓骨脚背长度，即从足部的端点到足部外中心点的距离；前足部长度，即从最长的脚趾端到足部内中心点的距离；足部宽，即从足部内中心点到足部外中心点的距离；后跟宽度，即从足部的端点起算占足部长度的16％的位置上垂直于足部长度方向的距离；圆形突出宽度，即从足部内中心点到外中心点的相对于足部长度的垂直距离，也就是相对于足部长度的足部宽度的垂直分量；圆形突出的弯曲角，即在走路时足部的前后部分形成的足部边缘角；中间角，即由解剖学上的前后部分形成并区分的足部边缘角；横向角，即在足部的侧面和足部的中心线之间的角；脚趾V角，即在小脚趾和足部中心线之间的角；脚趾I角，即在大脚趾和足部中心线之间的角；和小脚趾角。

在本发明足部测量系统的第一和第二足部数据产生装置10和100中设置串行端口，以便与计算机30进行通信。接口电缆20是一个串行端口电缆，在串行端口和计算机30之间连接。因此，在制鞋人通过计算机30输入测量三维足部形状的指令信号时，起动足部形状测量的信号可通过接口电缆20被传输到第一和第二足部数据产生装置10和100，然后发光部分44和144被驱动向在底板12上的足部表面发射R，G和B混合光和行激光线。在足部投影的光和激光由图象传感器46和146捕获，转换成包括足部形状的图象信息的电子信号，并存储在足部数据存储器部分50和150中。然后足部形状的图象信息传输到计算机30，立即转换成制造鞋等的所需的最终的足部信息。因此，本发明的足部测量系统能够测量人的足部形状，提供对制造鞋的最终设计者有用的设计数据。

图5是本发明的实施例足部测量方法的工作过程图。

如图5所示，测量的足部被置于第一和第二足部数据产生装置10和100的底板12上，并且从计算机30向控制部分60和160传输测量足部形状的指令信号。然后控制部分60和160驱动滚子80和电机190，将发光部分44和144移动到预定的距离和角度处(S100)。

此时，发光部分44和144分别向足部的底部和顶和侧表面发射光，并且图象传感器46和146分别通过镜头42和142测定反射光的图象(S120)。简单地说，图象产生部分10和100以各个预定的距离和角度在测量的足部上发射激光，通过镜头32和142收集反射的光，并且用传感器46和146(如CCD矩阵)测定收集的光。投影到传感器46和146的光转换成电子信号，通过图象攫取器转换成像素数据，像素数据又经由接口电缆20向计算机30传输，所述接口电缆20将图象产生部分10和100连接到计算机30(S140)。

然后，在计算机30中包括的轮廓信息输出装置30和图象处理装置132，使用经接口电缆20传输的三维图象的像素数据，计算用于产生足部三维图象坐标的信息(S160)。这个程序产生的三维图象的信息被检验是否是有效的(S180)。信息的有效性是根据离测量足部的预期距离确定的。此时，舍弃无效的信息，仅取有效的信息。

接下来，使用有效的信息，通过行扫描方法和/或立体视觉方法产生三维图象坐标，以计算每个足部部分的距离和坐标(S200)。此时，最好是，使用插值法获得的特定数目的有效值产生整个足部形状的信息。最好是，使用每个获得的信息形成一个模型表，所述表含有构成足部的三维形状的小端面(facet)的信息和各小端面的属性值。

在计算了足部每个部分的坐标和距离后，驱动电机190和滚子80，以确定图象传感器46是否测定了端线以及图象传感器146是否沿导轨180旋转了360度，并反复进行获得下一个位置的数据的程序(S220)。在这样的程序当中所有的足部的底表面以及顶和侧表面的信息收集时，轮廓信息输出装置32和三维处理装置132产生足底以及顶和侧表面的三维信息，以致在最后设计中用作足部形状的数据(S240)。

在上面说明了一种测量足部形状的方法，其中，在特定的传感器46和146的一定位置上获得数据后，计算足部形状，然后传感器46和146的位置移动到下一个位置。然而，在传感器46和146的所有位置上获得所有的数据后，可以计算足部形状，以获得需要的信息。

如上所述，本发明是为了克服现有技术的缺点，所述缺点是测量的人要以不动的姿势的不自然的状态保持长时间进行足部测量，并且不能够再现测量获得的数据。而且，本发明通过使用计算机能够在短时间内获得足部形状的三维数据。

本发明涉及一种三维足部形状测量系统，而这个系统是由向测量的足部发射激光或R，G和B LED的方法，和使用立体视觉方式驱动一个图象CCD的方法进行的，以在短时间内测量足部的三维数据。因此，鉴于足部测量系统的运输和处理的方便和传感器的价格，本发明是经济合理的。

本发明也能够在短时间内获得，在现有技术中使用接触型的测量系统或装置所不能够获得的数据，如圆形突出的围长、宽度和弯曲角，中间角，横向角，脚趾V角和脚趾I角等数据。

通过在商场设置本发明的测量系统，本发明也能够方便地测量任何顾客的足部尺寸和三维足部像素数据，并且使用测量的足部形状数据制造鞋，提供适合于顾客的鞋。

虽然已就一些实施例说明了本发明，但在不偏离权利要求说明的本发明的精神和范围的情况下可以做出种种改变。

Claims (10)

1.一种足部测量系统，其特征在于，它包括：

足部数据产生装置，用于产生足部形状的像素数据并将它们传输到外部，所述的像素数据是通过向在一个底板上放置的足部发射光并分析反射的光的信息获得的；和图象处理装置，通过用行扫描方法和/或立体视觉方法，分析从所述的足部数据产生装置传输的所述像素数据，以产生足部图象。

2.根据权利要求1的足部测量系统，其特征在于，所述足部数据产生装置包括：

图象产生部分，通过向所述的足部发射光并分析反射光的所述信息，产生所述像素数据；

足部数据存储器部分，用于存储所述产生的像素数据；

驱动装置，用于移动所述图象产生部分；和

控制部分，用于控制所述图象产生部分、所述足部数据存储部分和所述驱动部分。

3.根据权利要求2的足部测量系统，其特征在于，所述图象产生部分包括：在所述底板下的发光部分，用于向所述测量的足部的底部发射光；和图象传感器，用于测定从所述足部的底部反射的光并产生所述像素数据，并且所述驱动装置用于在所述底板下水平地移动所述图象产生部分。

4.根据权利要求2的足部测量系统，其特征在于，所述图象产生部分包括：在所述测量的足部上方倾斜放置的发光部分，用于向足部的顶和侧表面倾斜发射光；和图象传感器，用于测定从足部的表面反射的光并产生所述像素数据，并且所述驱动装置用于围绕所述测量的足部旋转所述图象产生部分。

5.根据权利要求4的足部测量系统，其特征在于，在所述的底板上设置一个圆形的移动导轨，所述图象产生部分安装在所述移动导轨上以围绕所述测量足部旋转。

6.根据权利要求3或4的足部测量系统，其特征在于，所述图象产生部分还包括在所述图象传感器前的镜头，用于收集所述反射的光。

7.根据权利要求1的足部测量系统，其特征在于，所述的图象处理装置从所述足部数据产生装置传输的所述像素数据中提取以下数据组中的至少一项信息：

圆形突出部围长；

足部长度，即从足部的端点到最长的脚趾端的距离；

脚背长度，即从足部的端点到足部内中心点的距离；

腓骨脚背长度，即从足部的端点到足部外中心点的距离；

前足部长度，即从最长的脚趾端到足部内中心点的距离；

足部宽度，即从足部内中心点到足部外中心点的距离；

后跟宽度，即从足部的端点到足部长度的16％的位置上，相对于足部长度的垂直距离；

圆形突出部宽度，即从足部内中心点到外中心点的相对于足部长度的垂直距离，也就是相对于足部长度的足部宽度的垂直分量；

圆形突出部弯曲角，即在走路时足部的前后部分形成的足部边缘角；

中间角，即由解剖学上的前后两部分区分并形成的足部边缘角；

横向角，即在足部的侧面和足部的中心线之间的角；

脚趾V角，即在小脚趾和足部中心线之间的角；

脚趾I角，即在大脚趾和足部中心线之间的角；和

小脚趾角。

8.一种足部测量方法，包括以下步骤：

向足底和/或足部的顶部和侧表面发射光，并用传感器测定反射的光；

将所述传感器测定的所述反射光转换成电子信号，并将所述电子信号转换成包括图象信息的像素数据；

用行扫描方法和/或立体视觉方法，利用所述的像素数据产生足部的三维图象坐标；和

利用所述三维图象坐标计算足部每个部分的至少一个距离和坐标。

9.根据权利要求8的足部测量方法，其特征在于，通过在一个其上放置所述测量足部的底板下方设立行光源，并且从足部的起始点向终止点移动所述光源，执行所述发射和测定步骤。

10.根据权利要求8的足部测量方法，其特征在于，通过在一个距所述测量足部预定距离的位置建立行光源并围绕所述测量足部旋转所述光源，执行所述发射和测定步骤。

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