ES2924773T3 - Adquisición de la forma del pie mediante el uso de tecnología de sensores de profundidad y placas de presión - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un método y un aparato para medir la forma de los pies humanos. El método y el aparato están diseñados para ser eficaces en la medición de pies a gran escala, por ejemplo, en zapaterías. La medición es muy rápida, confiable, precisa, conveniente para el consumidor final y fácil de usar, ya sea en autoservicio o por un operador capacitado. El aparato implica el uso de uno o varios sensores de profundidad, que capturan parte de la forma del pie o toda la superficie del pie, según la configuración. Los sensores de profundidad son capaces de capturar una imagen con información de profundidad, lo que da como resultado una nube de puntos tridimensional de cada sensor. El aparato se puede combinar con una placa de presión, que proporciona información complementaria sobre los pies de los consumidores finales y el comportamiento de la marcha. La innovación proporciona una solución para muchas aplicaciones comerciales y no comerciales, como el comercio minorista de calzado (hacer coincidir el pie con un calzado particular), la investigación biométrica (examinar la distribución de las propiedades de los pies dentro de una población particular), el examen clínico, etc. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Adquisición de la forma del pie mediante el uso de tecnología de sensores de profundidad y placas de presión Campo de la invención
La presente descripción se refiere a un aparato para adquirir la forma de uno o dos pies, y un método y uso asociado, y generalmente se refiere a dispositivos de medición de pies, IPC A61B5/1074 Dispositivos de medición de pies, A43D1/025 Dispositivos de medición de pies o de horma.
Antecedentes de la invención
Esta sección proporciona información de antecedentes de la invención, que no es necesariamente el estado de la técnica.
La industria y las ventas del calzado tradicional se basan en la suposición de que un zapato de una determinada longitud debe ajustarse a un pie de una longitud correspondiente. Por ello, los zapatos se fabrican tradicionalmente en tallas con un escalón particular (6,67 mm en talla de EU, 8,4 mm en talla del UK, etc.).
También se supone que las tolerancias dentro de la fabricación no deberían resultar en una dispersión considerable de la longitud del zapato dentro de un tamaño seleccionado. Por otro parte, se supone que las personas con una longitud de pie particular (medida en mm) seleccionan un tamaño particular. Sin embargo, se puede demostrar que las dos suposiciones anteriores son falsas en gran medida. La invalidez de estas suposiciones puede tener graves consecuencias negativas en algunos negocios, tal como las ventas de zapatos por Internet, donde el consumidor final no tiene la oportunidad de probar los tamaños individuales antes de la compra.
Para un ajuste adecuado, es necesaria la medición precisa tanto de los zapatos como de los pies. Se ha comprobado que, aunque importante, la longitud no es la única característica relevante del zapato y del pie. Para medir un pie, el proceso debe ser rápido, confiable, preciso, fácil de usar y económico. Hay una serie de dispositivos para la medición de los pies ya disponibles, basados en varios principios de funcionamiento. Por ejemplo, estos principios son:
Los dispositivos mecánicos de accionamiento manual, que se originaron en el dispositivo "Brannock", que generalmente tienen una barrera estática en el talón y un control deslizante de accionamiento manual, que se desliza a lo largo de la cinta de medición. El deslizador se empuja con poca fuerza contra el pie humano. Las variantes de este dispositivo pueden medir también el ancho del pie y, a veces, la longitud del balón.
Dispositivo mecánico automatizado, donde el empuje de los deslizadores se implementa por medio de una fuente de energía eléctrica o neumática u otra, y la detención de un deslizador se implementa al detectar la presión contra el pie u ópticamente.
Dispositivos de medición basados en láser, que utilizan varios proyectores láser, que emiten un patrón de luz particular, típicamente una línea, y una cámara, que registra la luz emitida. Al conocer la posición tanto del proyector como de la cámara, es posible reconstruir la información de profundidad y las coordenadas 3D del área iluminada con láser.
Luz ordinaria en combinación con calcetines muy estampados. Las imágenes de patrones de calcetines deformados se pueden analizar para llegar a información de profundidad.
En los últimos años se han desarrollado nuevos sensores ópticos asequibles que contienen un emisor de patrón de luz y la cámara en la misma placa de circuito impreso (PCB). El emisor emite varios patrones de luz diferentes con una alta frecuencia, mientras que la cámara captura estos patrones. El software suministrado por el proveedor puede reconstruir la "profundidad" de cada píxel, de ahí el nombre "sensor de profundidad" o "cámara de profundidad". Por lo general, la frecuencia de la luz aplicada es del espectro infrarrojo y el intervalo de distancia de detección puede variar de 18 cm a varios metros. Ejemplos de estos sensores son Intel-RealSense, Occiptal-Structure, Microsoft-Kinect, Asus Xtion, etc.
Las placas de presión han estado en uso durante varios años por parte de podólogos, examinadores clínicos, vendedores de zapatos deportivos e investigadores biométricos. Pueden proporcionar información sobre irregularidades en la marcha, pronación y supinación, etc. Los proveedores suministran placas de presión con software de análisis con varios análisis de utilidad, tal como el cálculo de la línea de presión, el seguimiento del valor máximo, la presión en función del tiempo, etc.
Diversas aplicaciones requieren escáneres de pies fiables y precisos. Por ejemplo, los podólogos miden los pies humanos para diseñar y eventualmente fabricar plantillas hechas a la medida, que se ajustan a un individuo en particular. Otro ejemplo es la aplicación en el deporte de carrera, donde es importante que un tipo particular de
zapato se seleccione adecuadamente con respecto a la forma del pie humano, especialmente con respecto a la altura del arco. Y un ejemplo de uso es en la venta de zapatos, donde es importante seleccionar un tamaño adecuado del zapato con respecto al pie particular del individuo.
Cada aplicación en particular puede tener diferentes expectativas de un escáner de pie. Se supone que es confiable, precisa y preferentemente barata. Sin embargo, es posible que no todos estos requisitos se cumplan al más alto nivel.
El documento US2009/0247909 describe un aparato de exploración de pies, en donde en un reposapiés se colocan dos barreras de talón, contra las cuales el usuario tiene que colocar su talón. En un lado frontal, separados por encima del lado de los dedos de los pies, se colocan dos cámaras de televisión separadas, mostradas con ejes ópticos paralelos. El reposapiés comprende placas de presión para medir la presión del pie. Se puede obtener una imagen de cada pie procesando los píxeles obtenidos de las cámaras y los datos de las placas de presión.
El documento DE202006014389 describe un aparato de exploración de pies, que comprende un reposapiés. En el reposapiés se proporciona una barrera de talón, contra la cual el usuario tiene que colocar su talón. Se proporciona un soporte que se extiende verticalmente desde un lado frontal del reposapiés, es decir, desde el lado de la punta del reposapiés. Se proporciona un escáner láser en el soporte, para escanear el pie desde el frente desde arriba del lado de la puntera, estando provista una cámara CCD en el soporte para capturar las líneas de escaneo obtenidas sobre la parte superior del pie. Las imágenes obtenidas desde arriba del lado de los dedos de los pies se pueden presentar en una pantalla.
El documento US5689446 describe un aparato para determinar el contorno de la parte inferior del pie de una persona. Se proporciona un reposapiés que lleva una barrera de talón, contra la cual el usuario tiene que colocar su talón. La barrera del talón se proporciona en un extremo trasero de una placa de presión que comprende una serie de pasadores de calibre para obtener un perfil de base para los pies. En este aparato, los pasadores de calibre están cargados hacia arriba. Una persona coloca su pie sobre los pasadores de calibre, de manera que estos se presionan hacia abajo de acuerdo con la base del pie de la persona y luego se bloquean en su posición. Después de retirar el pie del reposapiés, se obtiene una imagen del perfil representado por los pasadores de calibre, mediante el uso de un proyector y una cámara colocada en un soporte en un extremo del reposapiés.
El documento DE102011007678 describe un sistema de obtención de imágenes de pies, en donde se proporciona un reposapiés con una barrera de talón, contra la cual el usuario tiene que colocar su talón. El reposapiés se proporciona en un entorno cerrado, protegido de la luz exterior. Se proporciona una plataforma encima de un lado delantero, es decir, del extremo de la punta del reposapiés, que lleva una cámara óptica para obtener una imagen de un pie colocado en el reposapiés contra la barrera del talón. Como cámara óptica se propone una cámara estéreo, o una cámara con espejos. La imagen obtenida se puede representar en una pantalla.
Todos estos aparatos del estado de la técnica necesitan una barrera de talón como punto de referencia para un pie en un reposapiés, lo que influye en la imagen de un pie y en las medidas realizadas con el aparato. Además, estos aparatos del estado de la técnica utilizan luz visual o un escáner láser como fuente de luz y cámaras para obtener la imagen.
El documento US2006/098896A1 describe un método para establecer una posición de un objeto a escanear que comprende las etapas de: (i) colocar el objeto en una plataforma de escaneo, en donde la plataforma de escaneo incluye un área de escaneo predeterminada que tiene al menos un sensor; (ii) obtener una señal del sensor; y (iii) analizar la señal para determinar si el objeto está dentro del área de exploración predeterminada.
El documento JPH11101623A describe un dispositivo de medición de la forma del pie que tiene cabezales de medición que irradian un pie con luz y recolección de imágenes ópticas formadas en la superficie, una parte de cálculo de forma para calcular la forma a partir de información de imagen recogida y calcular información de forma compuesta del pie a través de transformación de coordenadas y composición, y una parte de control.
El documento US2014/285646A1 describe un quiosco para la medición de una pluralidad de características del pie, para comparar la pluralidad de características con una base de datos de zapatos, y para determinar la mejor coincidencia entre un zapato en la base de datos y la medición de la pluralidad de características del pie, el quiosco que comprende: (a) una cámara con una puerta que se pueda cerrar; (b) una placa transparente dentro de la cámara donde se coloca el pie para la medición; (c) una pluralidad de cámaras en una variedad de posiciones predeterminadas en la cámara dirigidas hacia la localización del pie para capturar imágenes del pie de manera que se genere un modelo 3D del pie a partir de las imágenes capturadas por las cámaras; y (d) una base de datos de zapatos que incluye el tamaño y otras medidas de cada zapato, y un generador de recomendaciones que genera recomendaciones de zapatos basándose en la relación del modelo 3D del pie con la base de datos de zapatos. El documento US2006/104503A1 describe un aparato para reconstruir y medir rápidamente el modelo tridimensional de la superficie de un pie, el aparato que comprende: un ordenador con dispositivos de visualización; una plataforma con marcos para sujetar una placa transparente; al menos seis dispositivos de captura de imágenes conectados a la
computadora, instalados en la plataforma e implementados con calibración de cámara geométrica; un calcetín delgado y elástico impreso con códigos digitalizados que se coloca en el pie de una persona; un programa, implementado en la computadora, que podría ser utilizado para: capturar imágenes del calcetín usado en el pie; y reconstruir el modelo de superficie 3D y las dimensiones del pie.
La presente invención, tal como se define en el conjunto de reivindicaciones adjunto, proporciona una solución que puede ofrecer un escáner de pie fiable, preciso y de bajo coste para diversos campos de aplicación, sin limitarse a los presentados anteriormente.
Breve descripción de las figuras
Las figuras que se describen en la presente descripción son para fines de ilustración y no pretenden limitar el alcance de la presente descripción, definida por las reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 muestra un aparato para medir la forma de los pies no de acuerdo con la invención reivindicada con un solo sensor de profundidad con los siguientes elementos: Pies (1), sensor de profundidad (2), barrera de talón (3);
La Figura 2 muestra un aparato para medir la forma de los pies no de acuerdo con la invención reivindicada con un solo sensor de profundidad en combinación con una placa de presión con los siguientes elementos: Pies (1), sensor de profundidad (2), barrera de talón (3), placa de presión (4);
La Figura 3 muestra un aparato para medir la forma de los pies no de acuerdo con la invención reivindicada con dos sensores de profundidad con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2), barrera de talón (3);
La Figura 4 muestra un aparato para la medición de la forma de los pies no de acuerdo con la invención reivindicada con dos sensores de profundidad en combinación con una placa de presión con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2), barrera de talón (3), placa de presión (4);
La Figura 5 muestra un aparato para medir la forma de los pies con tres sensores de profundidad con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2);
La Figura 6 muestra un aparato para medir la forma de los pies con tres sensores de profundidad en combinación con una placa de presión con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2), placa de presión (4);
La Figura 7 muestra un aparato para medir la forma de los pies con cuatro sensores de profundidad con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2);
La Figura 8 muestra un aparato para medir la forma de los pies con cuatro sensores de profundidad en combinación con una placa de presión con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2), placa de presión (4); y
La Figura 9 muestra un aparato de medición de pies típico junto con dispositivos de procesamiento y visualización con los siguientes elementos: Pies (1), sensores de profundidad (2), placa de presión (4), dispositivo de visualización (5), dispositivo de procesamiento (6), dispositivo móvil (7).
La Figura 10 muestra el diseño de la ejecución comercial del aparato.
Descripción detallada
Las modalidades preferidas de la invención se describen aquí, sin embargo, estas modalidades son simplemente ejemplos de la invención, que pueden llevarse a la práctica de diversas formas.
El diseño y las funciones divulgadas no deben interpretarse como limitantes, sino como representativas para emplear la invención en cualquier sistema adecuadamente detallado.
La Figura 9 muestra un aparato de medición de pies típico junto con dispositivos de procesamiento y visualización. El aparato de medición del pie consta de: a) sensor de profundidad obligatorio, b) sensor de placa de presión opcional, c) dispositivo de control y procesamiento obligatorio, tal como una computadora personal, d) dispositivo de visualización opcional, tal como un monitor de computadora o TV o una tableta móvil.
El proceso comienza cuando el consumidor final se quita los zapatos, se arremanga los pantalones y entra al área de medición. El proceso continúa activando la medición en el dispositivo de procesamiento y control (PC). Esto inicia la medición con sensores de profundidad.
Los sensores de profundidad contienen un emisor de patrón de luz infrarroja, que arroja varios patrones de luz diferentes con una alta frecuencia sobre la superficie del pie.
La luz emitida es capturada por una cámara en el sensor de profundidad. Esto da como resultado una imagen rasterizada de n x M píxeles. El software proporcionado por el proveedor del sensor de profundidad es capaz de calcular la profundidad de cada píxel mediante el uso del método de triangulación.
Cada píxel con coordenada de profundidad se puede considerar como un punto en el espacio. Los puntos que provienen de un solo sensor se denominan nubes de puntos. Dado que los sensores pueden captar algo de ruido, las nubes de puntos deben filtrarse mediante un software especial para eliminar la mayor cantidad de ruido posible. Las nubes de puntos múltiples potenciales provenientes de sensores múltiples potenciales se combinan para cubrir la mayor superficie posible del pie. Para reducir el tiempo de escaneo, es mejor cubrir la mayor parte posible de las superficies de ambos pies en una sola medición. Para poder combinar nubes de puntos de múltiples sensores de profundidad, se debe calcular una matriz de transformación para cada sensor. Esto se puede conseguir de múltiples formas, por ejemplo poniendo un cuerpo rígido de forma sencilla, que tenga una geometría conocida.
Una nube de puntos ya puede ser suficiente para ciertas aplicaciones, por ejemplo, para extraer algunas dimensiones lineales simples, tal como la longitud y el ancho del pie. Si la cobertura de la superficie es lo suficientemente buena, es posible extraer siluetas parciales o completas, por ejemplo, silueta lateral y silueta superior.
La nube de puntos puede procesarse aún más para crear una superficie triangulada. Las ventajas del formulario de datos son la visualización fácil y rápida de la superficie, la facilidad de extracción de las cinchas, la menor necesidad de almacenamiento, etc.
La superficie del pie y las dimensiones relevantes extraídas se muestran a través de la interfaz gráfica de usuario tanto para el consumidor final como para el asistente de ventas. Los datos también se pueden almacenar en una base de datos central para su uso posterior.
Se pueden recibir datos complementarios de un sensor de placa de presión, que adquiere la distribución de presión entre los pies y el suelo. Se puede formar un aparato de medición, por ejemplo como se representa en la Figura 8, donde el consumidor final puede caminar a través del aparato, y el sensor de la placa de presión registra dinámicamente la presión. Al analizar dichos datos, es posible detectar tipos particulares de marcha, pronación/supinación, problemas potenciales, etc.
Las Figuras 5-8 muestran posibles implementaciones de la invención. Con un aparato de medición de la invención obtenemos soluciones más complejas (Figuras 5-8), que dan como resultado una mayor fiabilidad y precisión.
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Claims (12)
1. Un aparato para adquirir la forma de uno o dos pies (1) que comprende al menos tres sensores de profundidad (2), en donde dos sensores de profundidad (2) se colocan sobre la parte frontal del pie (1) mientras que uno o dos sensores de profundidad (2) se colocan en la parte posterior del pie (1) orientado hacia el talón, en donde los sensores de profundidad (2) contienen emisores de patrón de luz infrarroja.
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por usar cuatro sensores de profundidad (2) para adquirir la forma de uno o dos pies (1), en donde dos sensores de profundidad (2) se colocan en la parte frontal del pie (1) y dos sensores de profundidad (2) se colocan en la parte posterior del pie (1).
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por cinco o más sensores de profundidad (2) para adquirir la forma de uno o dos pies (1).
4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en donde se usa una placa de presión adicional (4), el aparato es capaz de adquirir la forma del pie, así como también la distribución de la presión estática sobre la suela del pie humano.
5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en donde el aparato está libre de cualquier barrera de talón.
6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, en donde el aparato comprende además un dispositivo de visualización (5), un dispositivo de procesamiento (6) y un dispositivo móvil (7).
7. Un método en el que la información proporcionada por múltiples sensores de profundidad (2) se transforma en un sistema de coordenadas unificado y se calcula una transformación para cada sensor (2), en donde los datos provienen de múltiples sensores de profundidad (2) de un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, que proporcionan nubes de puntos provenientes de múltiples fuentes que se ponen en un solo sistema de coordenadas, en donde se usa un cuerpo rígido con superficies uniformes y ángulos conocidos entre superficies, un ejemplo de dicho cuerpo es un ladrillo o un cubo, para determinar las ubicaciones de los sensores en el espacio, y así poner nubes de puntos de diferentes fuentes en un solo sistema de coordenadas.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde se aplican dos etapas:
(10.1) aplicación de filtrado a cada nube de puntos,
(10.2) aplicación de filtrado a nubes de puntos combinadas.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por:
(11.1) extraer las dimensiones lineales directamente mediante la aplicación del método de cuadro delimitador, tal como extraer la longitud del pie, el ancho del pie, etc.,
(11.2) extraer los contornos típicos, tal como la silueta lateral y la silueta superior,
(11.3) aplicar el algoritmo de triangulación de nubes de puntos, que da como resultado una superficie triangulada abierta o cerrada.
10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 - 9, en donde la superficie del pie y las dimensiones relevantes se muestran a través de una interfaz gráfica de usuario, en donde los datos obtenidos se almacenan preferentemente en una base de datos central para su uso posterior.
11. Método de acuerdo con al menos la reivindicación 9, en donde la superficie triangulada se usa para la extracción de las características del pie.
12. Uso de un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 6, para la adquisición de la forma del pie, por ejemplo, para extraer la longitud del pie y el ancho del pie, y la circunferencia metatarsal del pie.
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