WO2019240606A1 - Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела - Google Patents

Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела Download PDF

Info

Publication number
WO2019240606A1
WO2019240606A1 PCT/RU2018/000393 RU2018000393W WO2019240606A1 WO 2019240606 A1 WO2019240606 A1 WO 2019240606A1 RU 2018000393 W RU2018000393 W RU 2018000393W WO 2019240606 A1 WO2019240606 A1 WO 2019240606A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
input
output
configuration
module
measuring
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Максим Игоревич ТРУФАНОВ
Original Assignee
Максим Игоревич ТРУФАНОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Максим Игоревич ТРУФАНОВ filed Critical Максим Игоревич ТРУФАНОВ
Priority to PCT/RU2018/000393 priority Critical patent/WO2019240606A1/ru
Publication of WO2019240606A1 publication Critical patent/WO2019240606A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41H—APPLIANCES OR METHODS FOR MAKING CLOTHES, e.g. FOR DRESS-MAKING OR FOR TAILORING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A41H1/00—Measuring aids or methods
    • A41H1/02—Devices for taking measurements on the human body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

Definitions

  • the proposed technical solutions are intended primarily for calculating the parameters of the measured surface when creating high-precision orthoses, as well as for the manufacture or selection of personalized clothes, shoes, hats, glasses, insoles, surfaces of chairs, beds, etc., in the interest of ensuring high comfort in contact with the human body.
  • the first technical solution is a solution, to a greater extent, of a mechanical system for measuring the configuration and dimensions of a volumetric body, and this system creates optimal conditions for high-precision measurement of the surface of an object, as well as serves to accommodate the optoelectronic elements of the second technical solution, namely, for the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body, which in its alternating provides a measurement of volume, configuration and form three-dimensional body, which are made over the technical manipulation device implementing the claimed technical solution the first;
  • the presented third technical solution describes a method for measuring the configuration and dimensions of a three-dimensional body, which is realized at the electronic-computing level by the second technical solution, and at the mechanical level - the first technical solution.
  • the first claimed technical solution a contact device for measuring the configuration and dimensions of a volumetric body, solves the problem of creating a structure with which it is convenient to perform high-precision measurements and create them on the basis of reconstruction of a 3-dimensional (volume) surface of the body or its individual parts, or to select from the finished products the most suitable products for the individual.
  • the creation of a digital image of the whole body or any of its individual parts is carried out by shooting the outline of its surface and computer simulation performed according to the results of this survey.
  • This system has a device for generating flat two-dimensional images of the surface of the human body and / or its individual parts in a digital code associated with the first computer, which is programmed to generate data characterizing the dimensions of the human body and / or its individual parts in the form of a three-dimensional digital surface model the human body and / or its individual parts, the remote computer is equipped with a means of forming a matrix matching the size of the human body and / or its parts to the sizes of models of goods.
  • the disadvantage of this system is the low accuracy caused by the following reasons: a sensor is used that implements the calculation of the depth (distance) to the object with limited and relatively low accuracy.
  • the proposed method provides a measurement of the surface of clothes, but not the human body; the question of combining data from multiple positions due to the presence of errors and unknown mutual positions of sensor locations (or unknown positions of one sensor) is very complicated.
  • Imprints of three projections of the foot are obtained using a device for research the state of the departments of the foot containing a fortified horizontally located flatbed scanner capable of supporting the weight of a person. Additionally, the device includes a vertical scanner flatbed scanner and a light-insulating casing.
  • This device is intended for fixing only projections of the foot, and not a three-dimensional image, while the scanning process is slow, and the device has low reliability.
  • a device that makes it possible to obtain surface prints of segments of a volumetric body for selecting a mattress (see the description of patent CN 106061382 (A) - 2016-10-26).
  • This device comprises: a base, a platform attached to the base in such a way that it is supported at a slight inclination, offset from the vertical; There is an interface for transmitting signals, between a person leaning on a platform and a platform, to create a model for choosing a mattress or design.
  • the device can measure the shape of an object lying down, or measure the distribution of pressure between a person and a platform. Body shape characteristics can be measured using a body imprint and evaluated by stereoscopic photographing of dents marked or projected onto a sheet of material.
  • the disadvantage of this technical solution is the low accuracy of the obtained body model, due to the following reasons: the lack of a well-developed technical solution that provides stereoscopic images devoid of distortions of the optical system and spatial geometric distortions; the lack of the possibility of obtaining a body model from all sides; using secondary data (the shape of a pressed mattress), instead of primary data (direct measurement of the surface of the human body).
  • the technical result from the use of the inventive contact device for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is to increase the accuracy of the measurement of the surface of the investigated object, in comparison with analogues, due to the fact that in this device the measurement system performs 3-dimensional measurements the surfaces of the sealed and elastic shell (hereinafter referred to as the shell) in the area pressed to the entire investigated surface of the body, where markings are applied on the surface of the shells in the form of either etnyh lines or colored areas of the surface, or markers, or points.
  • a device is used made of either one or several modules interconnected, which can have interconnections, for example, movable articulated and / or locks.
  • Each of the modules consists of a sealed enclosure with rigid walls, on the inside of which a unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is fixed (hereinafter referred to as the unit of measurement).
  • One or more elastic shells are hermetically attached to these walls, which are inflated before the start of measurements to the required volume, and deflated after the end of the measurements.
  • markings are applied in the form of either colored lines or colored sections of the surface, or markers, or points.
  • the number of modules and the shape of the shells are selected depending on the size and complexity of the configuration of the measured surface.
  • the device is intended for measurements of small surfaces of the same type, then most often the shape of the elastic shell repeats the shape of the object under study.
  • the module may have several elastic shells of the same shape and size.
  • the implementation of the technical solution of the claimed device will improve the measurement accuracy of three-dimensional curved complex surfaces for various individual high-precision various high-precision products - helmets, glasses, wigs, shoes, clothes, orthoses.
  • the contact device for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is made of one or more modules connected to one or more compressors.
  • the modules include a measuring unit, a tight elastic shell with markings applied on it, hermetically connected to one or more walls. Modules can have hinged and / or lock joints.
  • the device has two states: initial and state in measurement mode.
  • the shell does not adhere to the measured surface, the shell / shells are not swollen, the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is turned off.
  • the shell is inflated, superimposed on the test surface in the contact zones and repeats the configuration of this surface.
  • the marking is applied to the shell in the contact zones from the installation side of the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body, which is turned on in this mode.
  • the contacting part of the shell can either repeat or not repeat the measured surface in shape and size.
  • the configuration and surface dimensions of the shells are close to the configuration and dimensions of the measured volumetric body
  • the module / modules shells are not repeating the shape of the measured object, and mainly, they are made identical.
  • the shell of the device is made of elastic fabric, which can be coated, for example, with silicone, rubber or latex.
  • the markup can be made in the form of either colored lines, or colored sections of the surface, or markers, or points.
  • plastic As the material for the housing, plastic may be selected.
  • Figure 1 - Figure 8 shows examples of the execution of the device used for various purposes, where
  • Fig L is an example of a device for measuring the surface of a person’s head, where the device consists of one module 101 made of a sealed enclosure 102 having rigid walls 103, where a unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body 104, consisting of one elastic shell, is fixed on their inner sides 105, hermetically connected to the body 102, with a marking 106 in the form of markers on the side of the shell, not adjacent to the surface of the head, 107 - connection of the compressor.
  • Figure 2 is an example of a device for measuring the surface of a person’s head, where the device consists of one module 101 made of a sealed enclosure 102 having rigid walls 103, where a unit for measuring the configuration and dimensions of a three-dimensional body 104 consisting of three elastic bodies is fixed on their inner sides shells 105, hermetically connected to the housing 102, with a marking 106 in the form of lines and dots on the side of the shell, not adjacent to the surface of the head, 107 - connection of the compressor.
  • Fig. 3 is an example of a device for measuring the surface of a person’s head, where the device consists of two modules 101, fastened together by means of a movable connection 1 10, made in the form of sealed enclosures 102 having rigid walls
  • Figure 4 is an example of a device for measuring the space inside the helmet 108, where the device consists of one module 101 having a rigid wall 103, where on its inner side is attached a unit for measuring configuration and dimensions 104, one elastic shell 105, hermetically connected to the housing 102, with marking 106 in the form of markers on the side of the shell, not adjacent to the inner surface of the helmet 109, 107 - connection of the compressor.
  • the device for measuring a part of the face around a person’s eyes, where the device consists of one module 101 made of a sealed enclosure 102 having rigid walls 103, where a unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body 104, consisting of single elastic sheath 105, hermetically connected to the body 102, with a marking 106 in the form of markers on the side of the shell, not adjacent to the surface of the face, 107 - connection of the compressor.
  • FIG. 6 is an example of a device for measuring a person’s legs (lower leg and foot), where the device consists of two modules 101, fastened together by means of a movable joint 110, made of two sealed enclosures 102 having rigid walls 103, where it is fixed on their sides a unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body 104, consisting of two elastic shells 105, hermetically connected to the body 102, with a marking 106 in the form of lines and points on the sides of the shells not adjacent to the surface of the legs, 107 - connection of the compressor.
  • Fig. 7 is an example of a device for measuring the elbow joint of a human hand, where the device consists of one module 101 made of a sealed enclosure 102 having rigid walls 103, where a unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body 104, consisting of one elastic sheath 105, hermetically connected to the body 102, with a marking 106 in the form of markers on the side of the sheath, not adjacent to the surface of the elbow joint, 107 - connection of the compressor.
  • Fig. 8 is an example of a device for measuring the surface of a chair for a person, where the device consists of one module 101 made of a sealed enclosure 102 having rigid walls 103, where a unit for measuring the configuration and dimensions of a three-dimensional body 104 consisting of six is fixed on their inner sides elastic shells 105, hermetically connected to the body 102, with a marking 106 in the form of markers on the sides of the shells not adjacent to the surface of the human body, 107 - connection of the compressor.
  • the dimensions of the device are selected depending on the size of the measured objects. Materials for the case - mainly plastic, the shell - elastic fabrics, for sealing coated with silicone, rubber or latex.
  • the pressure inside the shells varies in the range - 0.5 0.2 Atm., which belongs to the category of low vacuum and low pressure, which is safe for humans.
  • Purchased products used in the device an oil-free compressor with a capacity of 1.1 kW and a capacity of 180 liters / min; 6 liter receiver, Max pressure 8 bar; the vacuum is created with the Camozzi Max ejector; the vacuum value for stretching the shell is not more than -0.08 bar; Max pressure in the device for compressing the shell is 0.05 bar (experimentally established).
  • the second independent technical solution used in the first is the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body
  • This unit is a special case of the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body, which operates as part of a contact device for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body.
  • the dimensions and surface shape are measured and the information received is transmitted as a result of information processing.
  • a device is known from the prior art for measuring the geometry of the profile of spherically bent, in particular cylindrical bodies, (see patent specification (19) RU, (1 1) 2523092, (13) C2, (51) IPC G01B1 1/25 (2006.01 ), (54) METHOD AND DEVICE
  • a two-dimensional light section in which, using at least one laser, a fan-shaped laser line is projected as a light section line onto the body surface and the rays reflected from the body surface are perceived, at least one camera for shooting surfaces, and the laser and the camera are located at an angle of triangulation in a normal plane along the axis of the cylinder.
  • the laser rotates around the axis of the cylinder from the normal plane, and the angle to the normal plane is chosen so that the optical axis of the camera for surveying surfaces directed to the surface of the cylinder is in the region of the sliding angles of the reflected rays.
  • the disadvantage of this device is: the inability to simultaneously obtain images of the object from all sides and, as a consequence, the inability to calculate the parameters of the surface shape of the object in case the object can involuntarily move relative to the laser or video camera, which will lead to the inability to use the device to measure the surface shape of parts of the human body .
  • Another disadvantage is that the use of an active system from a laser and a video camera requires the rotation of the object to obtain images from all sides, which can additionally introduce errors in the obtained initial data, and as a result, the result of calculating the shape of the object.
  • the key disadvantage of the proposed solution is the low accuracy of obtaining the real shape of the human body, which is caused by the following reasons: - a sensor is used that implements the calculation of the depth (distance) to the object with limited and relatively low accuracy, the proposed method will measure the surface of clothes, but not the human body; the question of combining data from multiple positions is not very trivial and difficult due to the presence of errors and unknown relative positions of sensor locations (or unknown positions of one sensor, but in different positions).
  • a known system for measuring the three-dimensional shape of objects inside the body (US Pat. US 9134420, September 15, 2015).
  • the disadvantage of the system is the use of the ultrasonic principle of obtaining information about the distance (depth) of the points of the analyzed object and low accuracy due to the high error of the ultrasonic method used in the patent and based on the analysis of the sagittal planes.
  • the disadvantage of this technical solution and method is the technical complexity of the implementation of the proposed solution, which requires the use of several optical-electronic sensors of the optical range and x-ray range sensors, which requires solving the complex technical problem of combining information of different optical ranges and their subsequent comparison.
  • the solution proposed in the aforementioned patent is focused on the analysis and calculation of the three-dimensional surface of the patient’s body, which determines their relatively stationary position, which also has a practical limitation.
  • the invention is known (US Pat. US 7708691, 05/04/2010), in which a method and device for three-dimensional body reconstruction without the use of contact elements or mechanical contact on the analyzed part of the body.
  • the main disadvantage of this solution is the use of ultrasonic sensors to assess the surface shape of the analyzed object, which leads to a relatively low accuracy of three-dimensional reconstruction due to the difficulty of comparing, identifying and correcting image distortions from each of the optoelectronic sensors.
  • the proposed device is structurally complex, namely, it has a number of elements that require their correct positioning and further processing of data from all sensors, which for the above reasons leads to complexity and high errors.
  • a device and method for scanning a three-dimensional shape of a human body are based on the use of radiation in the range 400 ... 2000 nm and the subsequent analysis of images obtained in this range.
  • the disadvantage of this solution is the low accuracy of the obtained data of the specified optical and thermal ranges, as well as the lack of solutions for comparing images when they are received from several positions of the sensors, which leads to extremely low accuracy of the obtained three-dimensional data.
  • a device for modeling and calculating the three-dimensional shape of the human body based on the use of a series of two-dimensional images (US Pat. US 9058663, 2015).
  • the disadvantage of the proposed solution is that in the framework of this invention provides a measurement of the shape of people in the presence of several people in the frame, this leads to low accuracy due to overlapping people with each other. Also, even if only one person is located in the frame, the developed method and device, due to their basis on the use of two-dimensional uncalibrated images, will not allow to realize the calculation of the three-dimensional shape of objects with high accuracy, only an approximate estimate will be possible, which is not enough to solve the problem of high-precision measurement of the surface of a person.
  • the invention is known (US Pat. US 9235928, 01/16/2016) which presents approaches to reconstructing a three-dimensional human shape based on an analysis of a series of two-dimensional and three-dimensional human pictures in predetermined poses.
  • the main disadvantages of the proposed invention is that despite the fact that three-dimensional pictures are used for each of the human poses, this is what causes the low accuracy of calculating the full (from all sides) form of a part of a person - head, limb, surface fragment due to technical and algorithmic complexity comparing the three-dimensional coordinates of the points of the obtained point clouds from each of their positions, which leads to high errors and low accuracy.
  • the technical result from the use of the inventive measurement unit is to increase the accuracy of measuring the surface shape of the analyzed object through the implementation of binocular vision based on several pairs of stereo images of the analyzed surface and the presence in the system design of a computing module that contains a controller of optoelectronic sensors, a module for finding characteristic points, a module calculation of three-dimensional coordinates, a module for matching characteristic points, a module for constructing a point cloud, operational e storage device (RAM), non-volatile information storage device (hereinafter referred to as information storage device), control controller, input-output module, system bus, four optoelectronic sensors, four-mirror system, where the first, second, third, fourth mirrors placed perpendicular to the plane containing the main optical axes of the first, second and third OED so that the first and second mirrors are perpendicular to each other, and are placed, respectively, between the first and second OED and between the second OED third EDI.
  • the computational module provides: detection and comparison of characteristic points on the surface of the analyzed object, selection of points for solving the problem of calculating their three-dimensional coordinates based on the binocular principle of technical vision, calculation of three-dimensional coordinates of each point on the surface of the analyzed object and the construction of an approximating surface that describes the surface shape of the analyzed object.
  • the mirror system is designed to ensure the implementation of observation of any part of the surface of the analyzed object from at least two observation positions for o (wo 2019/240606; alizatsii dimensional vision n p £ SH / Ki2018 / 000393 P Nogo A calculation principle of the realization of three-dimensional coordinates of points on the surface.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the measurement unit
  • FIG. 10 is an image of the relative position of the optoelectronic sensors and mirrors inside the unit for measuring the configuration and dimensions of the object under study
  • FIG. 11 shows a schematic arrangement of the measured object relative to optoelectronic sensors
  • FIG. 12 shows a diagram of the passage of rays from an object surface point when forming a stereo image pair in various ways using mirrors and direct beam paths from a point to optoelectronic sensors.
  • the unit for measuring the configuration and dimensions of the three-dimensional body for measuring the configuration and dimensions of the three-dimensional body (hereinafter referred to as the block) consists of: the first 401, second 402, third 403, fourth 404, fifth 405 and sixth 406 flat mirrors, first 201, second 202, third 203 and fourth 204 optoelectronic sensors, computing module 500.
  • the computing module 500 includes a controller of optoelectronic sensors 501, a module for locating characteristic points 502, a module for calculating three-dimensional coordinates 503, a module for matching characteristic points 504, a module for constructing a cloud of points 505, random access memory (RAM) 506, an information storage device 508, a control controller 507 , I / O module 509, system bus 300.
  • a controller of optoelectronic sensors 501 includes a controller of optoelectronic sensors 501, a module for locating characteristic points 502, a module for calculating three-dimensional coordinates 503, a module for matching characteristic points 504, a module for constructing a cloud of points 505, random access memory (RAM) 506, an information storage device 508, a control controller 507 , I / O module 509, system bus 300.
  • RAM random access memory
  • the input-output of the first optoelectronic sensor is connected to the first input-output of the OED controller 201
  • the input-output of the second OED 202 is connected to the second input-output to the controller OED 501
  • the input-output of the third OED 203 is connected to the third input-output of the controller OED 501
  • the input-output of the fourth OED 204 is connected to the fourth input-output of the controller OED 501.
  • the first, second, third and fourth inputs and outputs of the controller of optoelectronic sensors 501 are respectively the first, second, third and fourth input and output of the computing module.
  • the fifth input-output of the controller OED 501 is connected to the first input-output of the system bus 300.
  • the second input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of the module for finding characteristic points 502.
  • the third input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of the module for calculating the three-dimensional coordinates of points 504.
  • a fourth input / output of the system bus 300 is connected to the input / output of the feature point mapping module 504.
  • the fifth input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of the point cloud building module 505.
  • the sixth input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of the RAM 506.
  • the seventh input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of the control controller 507.
  • the eighth input-output of the system bus 300 is connected to the input-output of a non-volatile information storage device 508.
  • the ninth input-output of the system bus 300 is connected to the first input-output of the input-output module 509, the second input-output of the input-output module 509 is the input-output of the computing module 500 and is designed to exchange data and commands with external devices.
  • the first 201, second 202, third 203 and fourth 204 OED are placed relative to each other as follows: the main optical axis
  • first 201 and third 203 OED are oriented opposite each other and placed at a distance L. Their main optical axes coincide.
  • the second OED 202 is located so that its main optical axis is perpendicular to the optical axes of the first 201 and third 203 OED and intersects the main optical axis of the first 201 and third 203 OED at an equal distance from the first 201 and second 203 OED.
  • the second OED 202 is located at a predetermined distance from the first 201 and the third 203 OED (thus, the first, second and third OED are located at the vertices of an equilateral right triangle).
  • the first 201 and third 203 OED are located at the intersection of the legs and hypotenuse, and the second OED 202 is located at the intersection of the two legs.
  • the fourth OED 204 is located so that its main optical axis passes through the intersection of the main optical axes of the first 201, second 202 and third 203 OED.
  • the fourth OED 204 is located at a height H relative to the plane of the main optical axes of the first 201, second 202 and third 203 OED.
  • the first 401, second 402, third 403, fourth 404 mirrors are placed perpendicular to the plane containing the main optical axes of the first 201, second 202 and a third OED 203 such that the first 401 and second 402 mirrors are perpendicular to each other, and are located respectively between the first 201 and the second OED 202 and between the second OED 202 and the third OED 203.
  • the fourth mirror 404 is perpendicular to the second mirror 402, while the second mirror 402 and the fourth mirror 404 are located on different sides relative to the third OED 203.
  • the third mirror 403 is perpendicular to the first mirror 401, while the third mirror 403 and the first mirror 401 are located on different sides relative to the first OED 201.
  • the fifth mirror 405 is placed in a plane oriented at an angle of 45 degrees to the plane in which the optical axes of the first 201, second 202 and third 203 OED are located, and is located between the third 203 and fourth 204 OED.
  • the sixth mirror 406 is placed in a plane oriented at an angle of 45 degrees to the plane in which the optical axes of the first 201, second 202 and third 203 OED are located and located between the first 201 and fourth 204 OED.
  • a person whose head is measured by the claimed measurement unit places his head approximately in the center of the proposed device at approximately equal distance from all four — the first 201, second 202, third 203 and fourth 204 OED.
  • a shell repeating the shape of the head is pressed against the surface of the head with a slight excess pressure, with a special pattern of graphic structured images in the form of dots applied to the shell.
  • stereopair two image frames from two different optoelectronic sensors, providing ultimately three-dimensional perception of the workspace from different positions
  • Stereopairs are formed as a result of the image of the same points on the surface of the shell that surrounds the head during image transmission (by image in this paragraph we mean a continuous stream of optical radiation from each point on the surface of the head).
  • an image is an array of digital data containing the distribution of the digital values of the color components [Computer vision. 1 st Edition. Linda Shapiro, George Stockman, 200]) either directly from the measured surface to two optoelectronic sensors or when reflecting the image of a part of the measured surface of the shell from one of these mirrors 401-406 and then arriving at one or two of these optoelectronic sensors .
  • the stereopairs 1-8 listed above provide for obtaining any portion of the measured surface from at least two different positions, which further ensures, according to the principle of the device’s functioning, the calculation of three-dimensional coordinates of points in any part of the measured surface.
  • the upper optoelectronic sensor 204 is not required.
  • the image of the various parts of the measured surface is formed by the first OED 201, the second OED 202, the third OED 203 and the fourth OED 204.
  • From the inputs of the outputs of the first 201, second 202, third 203, fourth 204 OED images are received respectively at the first, second, third and fourth inputs - the outputs of the controller of optoelectronic sensors 501, which sequentially writes pixel by pixel a frame from each of the listed optoelectronic sensors through its fifth input-output, through the first input-output of the system bus 300, through the sixth input-output of the system me bus 300 via the input-output of the RAM 506 in the RAM 506.
  • Each of the frames received is stored in the RAM 506 to obtain the time reference in the memory area.
  • the control controller 507 sends a command through its input-output to the seventh input-output of the system bus 300 through the second input-output of the system bus 300 through the input-output of the characteristic points finding module 502 to the characteristic points finding module 502.
  • the characteristic points finding module 502 analyzes images sequentially [Lindeberg, T. Feature Detection with Automatic Scale Selection // International Journal of Computer Vision, v.30 n.2, Nov. 1998, P. 79-116], recorded in RAM 506 as follows:
  • RAM 506 one-time images of parts of the head surface are observed, observed through the first, second, third, fourth, fifth, sixth mirrors 401, 402, 403, 404, 405, 406 and directly - by the first 201, second 202, the third 203, the fourth 204 OED and detected characteristic points with reference to the source of the image of each point.
  • the calculation of the three-dimensional coordinates of points on the measured surface based on the use of stereopairs of images is further carried out by the module for calculating three-dimensional coordinates 503.
  • the characteristic points comparison module 504 reads the coordinates and the sign of belonging to a particular stereo pair of the current analyzed area of the working scene (the area of the measured surface) from RAM 506: the control controller 507 from its input-output through the seventh input-output of the system bus 300, then through its fourth input-output gives the command about the need to find the correspondence of the points comparison module 504 stored in the RAM 506; the characteristic points comparison module 504 through its input-output, the fourth input-output of the system I have bus 300, the sixth input-output of the system bus 300 and the input-output of RAM 506 sequentially reads the coordinates of each characteristic point found earlier and the sign of this point belonging to one of the above stereo pairs.
  • the characteristic points comparison module reads the coordinates of the points from RAM 506 that belong to the adjacent image, and among which the same current analyzed point can potentially be found, but on the adjacent image (we explain the concept of “adjacent image”, which is applied hereinafter in the framework of the present description: let there be two frames of images from different OED that form one of the stereopairs listed above, then the adjacent image is the image that within this stereopair complements another image of the same stereopair and contains an image of the real part of the measured surface from a different position within this stereopairs).
  • the point matching module 504 seeks to match a single current characteristic point among a plurality of characteristic points on an adjacent image frame of this stereo pair.
  • the characteristic points comparison module 504 transmits through the fourth and sixth inputs and outputs of the system bus 300 to the RAM input / output 506 the characteristic point matching results that contain two pairs of two-dimensional coordinates and the correspondence of these coordinate pairs images of one of the above stereo pairs.
  • the characteristic points comparison module 504 After processing the characteristic points comparison module 502 of all the characteristic points stored in the RAM 506 and generating a plurality of stereo pairs, the characteristic points comparison module 504 generates a data processing completion message arriving through the input-output of the characteristic points comparison module. Next, to the fourth and further to the seventh inputs and outputs of the system bus 300 and then to the input of the control controller 507.
  • control controller 507 sends a command through the system bus 300 to the three-dimensional coordinate calculation module, which is sequentially for each of the generated and recorded in RAM 506 stereopairs calculates the three-dimensional coordinates of a point in the local coordinate system of this current stereopair, converts the calculated three-dimensional coordinates from the local coordinate system to a single coordinate system selected by the global point for the device in question (according to the present invention, the global coordinate system coincides in Cartesian axes with the local coordinate system of the second optoelectronic sensor 202).
  • the calculated three-dimensional global coordinates of the points, the three-dimensional coordinate calculation module transmits through its input-output to the third input-output of the system bus 300, to the sixth input-output of the system bus 300 in RAM 506.
  • the module for calculating three-dimensional coordinates 503 notifies the module for constructing a cloud of points 505 of the completion of its work and the resolution of the module for constructing a cloud of points 505.
  • the corresponding message is transmitted through the input-output of the module for calculating three-dimensional coordinates, through the third and fifth inputs and outputs of the system bus 300, through the input the output of the point cloud building module 505 to the point cloud building module 505.
  • the module for constructing a point cloud 505 begins the formation of a point cloud obtained by analyzing and selecting the set of previously calculated three-dimensional coordinates of points on an elastic shell pressed against the measured surface of the head.
  • the module for constructing a cloud of points 505 sequentially, point by point (here we are reading global three-dimensional coordinates of points), reads from RAM 506 and, if this point has not been processed by the same module for constructing a cloud of points 505, looks for n nearest to it points. Then, the module for constructing the point cloud 505 proceeds to the analysis of a new point, selected among the found nearest points, and so on, until all points stored in RAM 506 are processed. The process of reading point parameters is performed by the point cloud building module 505 through its input-output through the fifth input-output of the system bus 300, through the sixth input-output of the system bus 300 and through the input-output of RAM 506. As a result, at this stage of processing in RAM 506 Connections between the nearest points in three-dimensional space are stored.
  • the final stage of building a point cloud is the stage at which the point cloud building module 505 reanalyzes the coordinates of the characteristic points in three-dimensional space and the relationships between the nearest neighbors of the points and forms a single triangulation grid based on the elimination of duplicate connections between the characteristic points and restoration of the missing links.
  • the generated connection parameters between the characteristic points in three-dimensional space are recorded in RAM 506.
  • the point cloud construction module 505 writes to RAM 506 all calculated vectors (links) that determine the relationship between two points in three-dimensional space on the shell surface, while the vector parameters are the construction module point cloud 505 passes through its input-output to the fifth input-output and then to the sixth input, the output of the system bus 300.
  • the calculated parameters of the three-dimensional surface can be transmitted to the external device via the input-output module 509.
  • the input-output module 509 from the information storage device 508 reads the three-dimensional coordinates of points on the surface of the elastic shell and through the input-output of the information storage device 508, through the eighth input-output and through the ninth input-output of the system bus 300 and then through the first input-output of the input-output module 509 passes through the second input - the output of the input-output module 509 data on the three-dimensional coordinates of the points on the surface of the cap and on the relationships between them in an external device.
  • first 401, second 402, third 403, fourth 404, fifth 405 and sixth 406 mirrors flat glass mirrors of approximately 280x420 mm in size are used.
  • Logitech C920, C905 portable video cameras, or others can be used to provide images with a frame size of at least 1600x1200 pixels, providing a viewing angle of at least 52 degrees and formation frequency images at least 24 frames / s.
  • the controller of optoelectronic sensors 501 is a typical USB controller, additionally equipped with a function for registering the reception time of the next frame.
  • the module for finding characteristic points 502, the module for calculating three-dimensional coordinates 503, the module for matching characteristic points 504, the control controller 507 can be implemented on the basis of a programmable logic integrated circuit, for example, Xilinx Virtex 5 with a logical capacity sufficient to implement these blocks.
  • the point cloud construction module 505 is expediently implemented on the basis of a signal processor, micro-computer, or high-speed microcontroller. Also, this module can be implemented on a programmable logic circuit.
  • RAM 506 is a dynamic RAM module with a control circuit with a capacity of at least 4 GB, which is determined by the amount of source images and the amount of intermediate data.
  • any so-called “hard disk drive” with a memory capacity of at least 256 GB can be used. It is recommended that you use an SSD drive, or equivalent.
  • the inventive method solves the problem of performing high-precision measurements of the shape and size of the volumetric body and, based on them, allows you to create reconstruction of a 3-dimensional (volumetric) surface of the body or its individual parts, or to select from the finished product the most suitable products for the individual.
  • the holistic shape of the body is calculated in all poses.
  • the body can be represented in minimal tight-fitting clothing or in ordinary clothing, while the described method measures the shape of the body under the clothing.
  • Hidden or insufficiently open areas of the body are detected using image classification and a fitting method adapted to correct each area individually.
  • Parts of the body shape are represented parametrically and compared with similar parts based on the similarity of shape and other features. Standard measurements are extracted using parametric or nonparametric body shape functions.
  • the disadvantage of this technical solution is: the fact that this method does not allow you to create an exact virtual surface of the body under the clothes, if during the shooting there is no full fit of the clothes to the body.
  • a common feature that is used in this and in the methods claimed by the author the creation of tactile contact due to excessive pressure between the measuring device and the measured surface.
  • the disadvantage of this method is the use of strips of adhesive tape that adhere to the measured surface. This is an uncomfortable and unhygienic way. A lot of time is spent on its implementation.
  • G06Q50 / 10 (2012.01) a method for virtual selection of clothes is known, which consists in photographing the subject for whom the clothes are selected, in transferring images to a computing device; in calculating the parameters of the body, for which, when photographing, the subject is dressed in an elastic template with reference marking, which is used to calculate the anthropometric data of the measured subject.
  • the template contains an elastic base stretchable within the same size, with inextensible graphic elements of a certain shape and size, mounted on the outer surface of the elastic base, having shape stability and inextensibility in all directions and serving as a dimensional standard, wherein the shape, number and location of inextensible graphic elements are selected in accordance with the template size.
  • the technical result from the use of the proposed method is that it is more accurate, convenient for practical use, easy to use, compared with the known ones, and also provides mass replication based on inexpensive commercially available components of the claimed device.
  • Improving the accuracy of the method is due to the fact that a measurement unit is used, the optoelectronic sensors of which capture the entire studied surface of the body, to which the shell with the marking adheres tightly due to increased pressure, which allows more accurately calculate the distance between the cameras and surface, and, accordingly, build a virtual model of the surface;
  • the increase in accuracy is due to the fact that registration (obtaining images) of the entire surface of the object is performed at one time (at the same time), which eliminates potential errors due to possible involuntary movements of the object relative to optoelectronic sensors.
  • the universality of the application of the proposed method is determined by the fact that any three-dimensional body can be identified as a set of points in space, read by means of the device described above.
  • the implementation of the method will allow unify measurements in the production of various high-precision products that have an individual fit - helmets, glasses, wigs, shoes, clothes, orthoses.
  • a device for measurement, consisting of one or more modules, inside of which there are: elastic shells, on the inner surface of which there is a marking, a measurement unit, as well as one or more compressors that create the necessary pressure inside the modules.
  • a method for measuring the configuration and dimensions of a three-dimensional body is that they measure the distance between the optoelectronic sensors in the installed measuring unit and the surface of the elastic shell on which the markings are applied. For this:
  • a pressure is created in the shell / shells of the device using a compressor so that the shell size changes to such a size that the surface to be examined can fit into the measurement area (inside or outside the device);
  • test surface of the volumetric body is placed in space to the surface of the elastic shell of the device on which the markings are applied, while the test surface can be placed either outside or inside the device;
  • the measuring unit reads information about the position of the marking on the side of the shell adjacent to the measured object, while taking measurements from the areas of soft tissue on the legs, body or head of a person, his tactile sensations are taken into account, for example, the degree of comfort, which is regulated by changing the pressure;
  • the obtained data are processed in the measurement unit and on their basis a virtual model of the investigated surface of the volumetric body is formed;
  • the process ends with the fact that pressure is created inside the device at which the body surface under investigation ceases to be in contact with the device and the object under investigation is removed from the device, or the device is removed from the object under study.
  • a contact device is used to measure the configuration and dimensions of the volumetric body connected to the compressor.
  • the device consists of a housing 101, a configuration measuring unit 104, integrated in the housing 101, an elastic shell 105 on which a marking 106 is applied, close in shape and size to the head, hermetically attached to the housing 101.
  • the user is preparing the device for measurement.
  • the compressor 107 removes part of the air in the space between the housing and the shell, which allows the shell to increase in size due to elongation. After reaching the required shell size, the user freely places his head in the shell.
  • the compressor creates a pressure at which the shell decreases and comfortably adheres to the measured surface.
  • the configuration measurement unit 104 is turned on, which takes measurements and calculates three-dimensional shape parameters of the measured head. After the measurement is completed, the compressor 107 is turned on and pumps air from the housing. A person removes the device from the head and the device is ready for use again.
  • a contact device is used to measure the configuration and dimensions of the volumetric body connected to the compressor.
  • the device consists of a housing 101, a configuration measuring unit 104, integrated in the housing 101, an elastic shell 105 on which a marking 106 is applied, close in shape and size to the head, hermetically attached to the housing 101.
  • the user is preparing the device for measurement.
  • the compressor 107 removes part of the air in the space between the housing and the shell, which allows the shell to decrease in size due to elongation. After reaching the required shell size, the user freely places the shell inside the helmet.
  • the next step is to turn on the compressor air supply to the space between the housing and the casing.
  • the air pressure inside the housing is created, increased relative to atmospheric, due to which the size of the shell increases to the size at which it is pressed against the surface of the helmet.
  • the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is included in the operation.
  • the signals coming from its output are recorded in an external storage device and processed in a given form.
  • the air from the device is partially removed using a compressor, the shell is compressed and the device is removed from the helmet. After that, the device is again ready for use.
  • a detachable contact device is used to measure the configuration and dimensions of the volumetric body connected to the compressor.
  • the device consists of two modules having a movable connection between them.
  • Each module consists of a body, a configuration measuring unit placed in the body, and an elastic shell that is close in shape and size to a specific part of the leg and is tightly attached to the body.
  • the first module is fixed and contains two shells. One shell is close in shape and size to the foot, and the second is close in shape to the front surface of the lower leg.
  • the shell of the second module is movable, close in shape to the posterior surface of the lower leg.
  • the user prepares the device for the measurement. To do this, interconnected modules are disconnected, a compressor removes part of the air in the space between the housings and shells, which allows the shells to increase in size due to elongation. After reaching the required size of the shells, the user freely places his foot inside the device, namely, the foot and front of the lower leg is placed in the first module. Next, the movable module is connected to the stationary.
  • the compressor starts supplying air to the space between the housings and shells.
  • the air pressure inside the bodies is created, increased relative to atmospheric, due to which the shells increase to the size at which they are pressed against the surface of the leg.
  • the unit for measuring the configuration and dimensions of the volumetric body is included in the operation.
  • the signals coming from its output are recorded in an external storage device and processed in a given form.
  • the air from the device is partially removed using a compressor, the shells are compressed, the connection between the modules opens and the leg is removed from the device. After that, the device is again ready for use.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вычислению параметров измеряемой поверхности. Контактным устройством для измерения конфигурации и размеров объемного тела измеряют расстояние между оптико-электронным датчиками в установленном блоке измерения и поверхностью эластичной оболочки, на которой нанесена разметка. Полученную информацию обрабатывают. Строят виртуальную модель, повторяющую конфигурацию, размеры и форму исследованной поверхности. Обеспечивается повышение точности измерений поверхности исследуемого объекта.

Description

КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО, БЛОК И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНФИГУРАЦИИ И
РАЗМЕРОВ ОБЪЕМНОГО ТЕЛА
Заявляются три самостоятельные технические решения, неразрывно связанные между собой и предназначенные для решения единой общей задачи:
- контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела,
- блок измерения конфигурации и размеров объемного тела, которая используется в контактном устройстве для измерения конфигурации и размеров объемного тела,
- способ измерения конфигурации и размеров объемного тела, в котором используется контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела.
Предлагаемые технические решения предназначены преимущественно для вычисления параметров измеряемой поверхности при создании высокоточных ортезов, а также изготовления или подбора персонализированной одежды, обуви, головных уборов, очков, стелек, поверхностей кресел, кроватей и т.д., в интересах обеспечения высокой комфортности при соприкосновении с телом человека.
Неразрывность указанных самостоятельных технических решений в рамках достижения единой цели заключается в том, что первое техническое решение представляет собой решение, в большей степени, механическую систему для измерения конфигурации и размеров объемного тела, причем данная система создает оптимальные условия для высокоточного измерения поверхности объекта, а также служит для размещения оптико- электронных элементов второго технического решения, а именно для блока измерения конфигурации и размеров объемного тела, который в свою очередь обеспечивает измерение объема, конфигурации и формы объемного тела, над которым выполнены технические манипуляции устройством, реализующим первое заявленное техническое решение; представленное же третье техническое решение описывает способ измерения конфигурации и размеров объемного тела, которые реализует на электронно- вычислительном уровне второе техническое решение, а на механическом уровне - первое техническое решение. Таким образом, именно совокупность рассмотренных трех технических решений обеспечивает достижение цели изобретения.
Первое заявляемое техническое решение - контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела решает задачу создания конструкции, при помощи которой удобно выполнять высокоточные измерения и на их основе создавать реконструкции 3-х мерной (объемной) поверхности тела или отдельных его частей, или подбирать из готовых изделий наиболее подходящие для индивидуума изделия.
Создание цифрового образа всего тела или любой отдельной его части осуществляется путем съемки очертания его поверхности и компьютерного моделирования, выполненного по результатам этой съемки.
Из уровня техники известны устройства, при помощи которых выполняются измерения и создаются компьютерные модели.
Из описания к свидетельству (19) RU, (11) 40849, (13) U1, (51) МПК 7 А41Н1/02, известно техническое решение «СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРОВ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ», (21), (22) 2004119256/22, 29.06.2004, которая представляет собой специально оборудованные пункты, в которых каждый человек может при желании создать цифровой образ поверхности собственного тела или части его тела и записать образ на пластиковую карточку. В этой системе имеется устройство формирования плоских двумерных изображений поверхности тела человека и/или отдельных его частей в цифровом коде, связанных с первым компьютером, который запрограммирован с возможностью формирования данных, характеризующих размеры тела человека и/или отдельных его частей в виде трехмерной цифровой модели поверхности тела человека и/или отдельных его частей, удаленный компьютер снабжен средством формирования матрицы соответствия размеров тела человека и/или его частей размерам моделей товаров.
Недостатком данной системы является низкая точность, вызванная следующими причинами: используется сенсор, реализующий вычисление глубины (расстояния) до объекта с ограниченной и относительно невысокой точностью. Предложенный метод обеспечивает измерение поверхности одежды, но не тела человека; весьма сложен вопрос объединения данных с множества позиций вследствие наличия погрешностей и неизвестных взаимных позиций местоположений сенсоров (или неизвестных позиций одного сенсора).
Из описания к патенту на изобретение (19) RU(l 1) 2 391 042 (13) С2 (51) МПК А61В 5/00 (2006.01), (54) «СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОТДЕЛОВ СТОПЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ» известно устройство, позволяющее получать отпечатки поверхности стопы. Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к ортопедической диагностике, и может быть использовано в качестве объективного метода для диагностики различных деформаций стопы, в частности плоскостопия, повреждений "диабетической стопы" при обследовании пациентов в военкоматах, лечебных и образовательных учреждениях. Отпечатки трех проекций стопы получают при помощи устройства для исследования состояния отделов стопы, содержащего укрепленный горизонтально расположенный планшетный сканер, способный выдерживать вес человека. Дополнительно устройство включает расположенный в вертикальной плоскости планшетный сканер и светоизолирующий кожух.
Недостатком данного устройства является то, что данное устройство предназначено для фиксаций только проекций стопы, а не трехмерного изображения, при этом процесс сканирования выполняется медленно, а устройство имеет низкую надежность.
Известно устройство, позволяющее получать отпечатки поверхности сегментов объемного тела для выбора матраса (см. описание к патенту CN 106061382 (А) - 2016-10- 26). Данное устройство содержит: основание, платформу, прикрепленную к основанию таким образом, что она поддерживается под небольшим наклоном, смещенным от вертикали; имеется интерфейс для передачи сигналов, между человеком, опирающимся на платформу и платформой, для создания модели для выбора матраса или дизайна. Устройство может измерять форму предмета, находящегося в лежачем положении, или измерить распределение давления между человеком и платформой. Характеристики формы тела могут быть измерены с помощью оттиска тела и оценены в результате стереоскопического фотографирования вмятин, отмеченных или проецируемых на листовом материале.
Недостатком данного технического решения является низкая точность полученной модели тела, обусловленная следующими причинами: отсутствием проработанного технического решения, обеспечивающим получение стереоскопического изображения, лишенного искажений оптической системы и пространственных геометрических искажений; отсутствием возможности получения модели тела со всех сторон; использованием вторичных данных (формы продавленного матраса), вместо первичных данных (непосредственного измерения поверхности тела человека).
В описании к патенту на полезную модель (19) RU, (11) 149647, (13)U 1(51), МПК А41Н1/00 (2006.01), (54)« ЭЛАСТИЧНЫЙ ЭТАЛОН ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО СНЯТИЯ МЕРОК» используются признаки - «эластичная основа, и нерастяжимые графические элементы определенной формы и размера, закрепленные на поверхности эластичной основы, обладающие формоустойчивостью и нерастяжимостью во всех направлениях и служащие размерным эталоном», используются признаки, имеющиеся в заявляемом контактном устройстве для измерения конфигурации и размеров объемного тела.
Недостаток данного технического решения в том, что для каждого человека нужен свой комбинезон - эталон, при этом создается дискомфорт при надевании-снимании комбинезона, увеличивается время выполнения измерения, к тому же костюм обтягивает объект по выпуклостям, а в вогнутые части тела не прилегает, что не обеспечивает очень высокой точности измерения.
Техническим результатом от использования заявляемого контактного устройства для измерения конфигурации и размеров объемного тела (далее по тексту - устройство) является повышение точности измерений поверхности исследуемого объекта, по сравнению с аналогами, за счет того, что в данном устройстве системой измерения выполняются измерения 3-х мерных поверхностей герметичной и эластичной оболочки (далее по тексту - оболочка) в области, прижатой ко всей исследуемой поверхности тела, где на поверхности оболочек нанесена разметка в виде либо цветных линий, либо цветных участков поверхности, либо маркеров, либо точек.
Для измерения используется устройство, выполненное либо из одного, либо из нескольких соединяющихся между собой модулей, которые могут иметь между собой соединения, например подвижные шарнирные и/или замковые.
Каждый из модулей состоит из герметичного корпуса с жесткими стенками, на внутренних сторонах которых закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела (далее по тексту - блок измерения). К этим стенкам герметично крепятся одна или несколько эластичных оболочек, которые раздуваются перед началом измерений до необходимого объема, и сдуваются после окончания измерений. На внутренних поверхностях оболочек в области предполагаемого контакта с поверхностью измеряемого тела нанесена разметка в виде либо цветных линий, либо цветных участков поверхности, либо маркеров, либо точек.
Количество модулей и форма оболочек выбирается в зависимости от размера и сложности конфигурации измеряемой поверхности.
Если устройство предназначено для измерений небольших однотипных поверхностей, то чаще всего форма эластичной оболочки повторяет форму исследуемого объекта.
Если устройство предназначено для измерений больших и/или разнотипных поверхностей, модуль может иметь несколько одинаковых по форме и размеру эластичных оболочек.
В случае, если корпус выполнен разборным, или складным, то такое устройство в разобранном или сложенном состоянии уплощается и занимает мало места.
Внедрение технического решения заявляемого устройства позволит повысить точность измерения трехмерных криволинейных сложных поверхностей для различных индивидуальных высокоточных различных высокоточных изделий - шлемов, очков, париков, обуви, одежды, ортезов. Описание первого технического решения - контактного устройства для измерения конфигурации и размеров объемного тела
Контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела выполнено из одного или нескольких модулей, соединенных с одним или несколькими компрессорами. Модули имеют в своем составе блок измерения, герметичную эластичную оболочку с нанесенной на ней разметкой, герметично соединенную с одной или несколькими стенками. Модули могут иметь между собой шарнирные и/или замковые соединения.
Устройство имеет два состояния: исходное и состояние в режиме измерения.
В исходном состоянии оболочка не прилегает к измеряемой поверхности, оболочка/оболочки не раздуты, блок измерения конфигурации и размеров объемного тела выключен.
В режиме измерения оболочка раздута, наложена на исследуемую поверхность в зонах контакта и повторяет конфигурацию этой поверхности. При этом разметка нанесена на оболочку в зонах контакта со стороны установки блока измерения конфигурации и размеров объемного тела, который в этом режиме включен.
Контактирующая часть оболочки может как повторять, так и не повторять по форме и размеру измеряемую поверхность. В первом случае конфигурация и размеры поверхности оболочек приближены к конфигурации и размерам измеряемого объемного тела, во втором - оболочки модуля/модулей выполнены не повторяющими форму измеряемого объекта, и преимущественно, выполнены одинаковыми между собой.
Оболочка устройства выполнена из эластичной ткани, которая может быть покрыта, например, силиконом, резиной или латексом.
Разметка может быть выполнена в виде либо цветных линий, либо цветных участков поверхности, либо маркеров, либо точек.
В качестве материала для корпуса может быть выбрана пластмасса.
Описание чертежей:
На Фиг.1 - Фиг.8 изображены примеры выполнения устройства, используемого по различным назначениям, где
100 - объект измерения;
101 - модуль;
102 - корпус;
103 - стенка;
104 - система измерения конфигурации и размеров объемного тела;
105 - оболочка; 106 - разметка;
107 - вход - выход воздуха (подключение к компрессору);
108 - шлем;
109 - внутренняя поверхность шлема;
110 - подвижное соединение модулей.
Фиг Л - пример устройства для измерения поверхности головы человека, где устройство состоит из одного модуля 101, выполненного из герметичного корпуса 102, имеющего жесткие стенки 103, где на их внутренних сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из одной эластичной оболочки 105, герметично соединенной с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров на стороне оболочки, не прилегающей к поверхности головы, 107 - подключение компрессора.
Фиг.2 - пример устройства для измерения поверхности головы человека, где устройство состоит из одного модуля 101, выполненного из герметичного корпуса 102, имеющего жесткие стенки 103, где на их внутренних сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из трех эластичных оболочек 105, герметично соединенных с корпусом 102, с разметкой 106 в виде линий и точек на стороне оболочки, не прилегающей к поверхности головы, 107 - подключение компрессора.
Фиг.З - пример устройства для измерения поверхности головы человека, где устройство состоит из двух модулей 101, скрепленных между собой при помощи подвижного соединения 1 10, выполненных в виде герметичных корпусов 102, имеющих жесткие стенки
103, где на их сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела
104, состоящего из двух эластичных оболочек 105, герметично соединенных с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров оболочки, не прилегающей к поверхности головы, 107 - подключение компрессора.
Фиг.4 - пример устройства для измерения пространства внутри шлема 108, где устройство состоит из одного модуля 101, имеющего жесткую стенку 103, где на её внутренней стороне закреплен блок измерения конфигурации и размеров 104, одной эластичной оболочки 105, герметично соединенной с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров на стороне оболочки, не прилегающей к внутренней поверхности шлема 109, 107 - подключение компрессора.
Фиг.5 - пример устройства для измерения части лица вокруг глаз человека, где устройство состоит из одного модуля 101, выполненного из герметичного корпуса 102, имеющего жесткие стенки 103, где на их внутренних сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из одной эластичной оболочки 105, герметично соединенной с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров на стороне оболочки, не прилегающей к поверхности лица, 107 - подключение компрессора.
Фиг.6 - пример устройства для измерения ноги человека (голени и стопы), где устройство состоит из двух модулей 101, скрепленных между собой при помощи подвижного соединения 110, выполненных из двух герметичных корпусов 102, имеющих жесткие стенки 103, где на их сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из двух эластичных оболочек 105, герметично соединенных с корпусом 102, с разметкой 106 в виде линий и точек на сторонах оболочек, не прилегающих к поверхности ноги, 107 - подключение компрессора.
Фиг.7 - пример устройства для измерения локтевого сустава руки человека, где устройство состоит из одного модуля 101, выполненного из герметичного корпуса 102, имеющего жесткие стенки 103, где на их внутренних сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из одной эластичной оболочки 105, герметично соединенной с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров на стороне оболочки, не прилегающей к поверхности локтевого сустава, 107 - подключение компрессора.
Фиг.8— пример устройства для измерения поверхности кресла для человека, где устройство состоит из одного модуля 101, выполненного из герметичного корпуса 102, имеющего жесткие стенки 103, где на их внутренних сторонах закреплен блок измерения конфигурации и размеров объемного тела 104, состоящего из шести эластичных оболочек 105, герметично соединенных с корпусом 102, с разметкой 106 в виде маркеров на сторонах оболочек, не прилегающих к поверхности тела человека, 107 - подключение компрессора.
На фигурах приведено ограниченное количество воплощений изделия. В реальности их может быть множество, в зависимости от цели применения.
Размеры устройства подбираются в зависимости от размеров измеряемых объектов. Материалы для корпуса - преимущественно пластмасса, оболочка - эластичные ткани, для герметизации покрытые силиконом, резиной или, латексом. Величина давления внутри оболочек варьируется в пределах - 0,5 0,2 Атм., что относится к категории низкого вакуума и низкого давления, что безопасно для человека.
Используемые в устройстве покупные изделия: безмаслянный компрессор мощностью 1,1 КВт, производительностью 180 литров/мин; ресивер объемом 6 литров, Мах давление 8 бар; вакуум создается при помощи эжектора Camozzi Мах значение вакуума для растягивания оболочки не более -0,08 бар, Мах давление в устройстве для сжатия оболочки 0,05 бар ( установлено экспериментально). Второе самостоятельное техническое решение, используемое в первом - блок измерения конфигурации и размеров объемного тела
Данный блок является частным случаем блока измерения конфигурации и размеров объемного тела, который работает в составе контактного устройства для измерения конфигурации и размеров объемного тела.
Посредством его производится измерение размеров и формы поверхности и передача полученной информации в результате обработки информации.
Из уровня техники известно устройство для измерения геометрии профиля сферически изогнутых, в частности, цилиндрических тел, (см. описание изобретения патента (19) RU, (1 1)2523092, (13) С2, (51) МПК G01B1 1/25 (2006.01), (54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ ПРОФИЛЯ СФЕРИЧЕСКИ ИЗОГНУТЫХ, В ЧАСТНОСТИ, ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ), где в качестве средства измерения используют лазерные лучи. Для усиления отражения лазерных лучей в камеру и из критических краевых областей измеряемого объекта двухмерное световое сечение, при котором с использованием, по меньшей мере, одного лазера проецируется веерообразная лазерная линия в качестве линии светового сечения на поверхность тела и отраженные от поверхности тела лучи воспринимаются, по меньшей мере, одной камерой для съемки поверхностей, причем лазер и камера расположены под углом триангуляции в нормальной плоскости по линии оси цилиндра. Согласно методу для измерения геометрии профиля лазер поворачивается вокруг оси цилиндра из нормальной плоскости, причем угол к нормальной плоскости выбирается таким, чтобы оптическая ось камеры для съемки поверхностей, направленная на поверхность цилиндра, находилась в области скользящих углов отраженных лучей.
Недостатком данного устройства является: невозможность одновременного получения изображений объекта со всех сторон и, как следствие, невозможность вычисления параметров формы поверхности объекта в случае, если объект может непроизвольно смещаться относительно лазера или видеокамеры, что приведет к невозможности использования устройства для измерения формы поверхности частей тела человека. Также другим недостатком является то, что использование активной системы из лазера и видеокамеры требует обеспечения вращения объекта для получения изображений со всех его сторон, что дополнительно может внести погрешности в получаемые исходные данные, и как следствие, результат вычисления формы объекта.
Известен патент США 9418475, 16.08.2016, в котором представлены способ и система трехмерного моделирования тела человека на основе анализа его движений, жестикуляций и жестов. Указанный в патенте метод и принцип функционирования системы основаны на использовании видеосенсора с получением расстояний до объектов (глубины) и получении множества проекций тела человека в так называемых ключевых заранее заданных позах на фоне известного структурированного фона с последующим комплексированием полученных данных и построением на основе анализа формы тела человека.
Ключевым недостатком предложенного решения является низкая точность получения реальной формы тела человека, что вызвано следующими причинами: - используется сенсор, реализующий вычисление глубины (расстояния) до объекта с ограниченной и относительно невысокой точностью, предложенный метод обеспечит измерение поверхности одежды, но не тела человека; весьма не тривиален и сложен вопрос объединения данных с множества позиций вследствие наличия погрешностей и неизвестных взаимных позициях местоположений сенсоров (или неизвестных позициях одного сенсора, но в разных позициях).
Известна система для измерения трехмерной формы объектов внутри тела (Пат. США 9134420, 15.09.2015) Недостатком системы является использование ультразвукового принципа получения информации о дальности (глубине) точек анализируемого объекта и низкая точность, обусловленная высокой погрешностью ультразвукового метода, используемого в патенте и базирующегося на анализе сагиттальных плоскостей.
Известны метод и устройство трехмерного анализа и сопровождения частей тела, представленные в патенте США 8121368, 21.02.2012. Основным недостатком является использование томографов (компьютерных и магниторезонансных) для получения изображений, что является крайне дорогостоящим, технически сложным и избыточным решением, а также имеет узкую область применимости.
Известен также ряд решений, отраженных в, частности в патенте США N° 7794388 14.09.2010, направленных на построение трехмерной формы внутренних органов на основе различных методов. Однако, несмотря на то, что данные решения могут быть применены для решения задачи вычисления трехмерных параметров внешней поверхности тела, люди имеют ряд недостатков, которые не позволяют применять данные решения. В частности, представленные решения в указанных патентных источниках не обеспечат достаточной точности вычисления трехмерной поверхности человека, не обеспечивают требуемой скорости и требуют принципиального изменения, что в конечном итоге не позволяет их применять для решения задачи трехмерного восстановления формы анализируемой части поверхности человека.
Известны метод и устройство для реконструкции трехмерной поверхности тела (пат. США 7742557, 22.07.2010). Предложенные решение базируется на использовании двух < W О 2019/ 24 о 6 ( )6 э н н ых датчиков и данных, полученных рентгенось ии ееким аппаратом или иным прибором на основе использования рентгеноскопического изображения.
Недостатком данного технического решения и метода является техническая сложность реализации предложенного решения, требующая использования и нескольких оптико- электронных датчиков оптического диапазона, и датчиков рентгеновского диапазона, что требует решения сложной технической задачи комплексирования информации разных оптических диапазонов и их последующего сопоставления. Кроме того, предложенное в указанном патенте решение ориентировано на анализ и вычисление трехмерной поверхности тела пациентов, что обуславливает их относительно стационарное положение, что также имеет практическое ограничение.
Известно изобретение (пат. США 7708691, 4.05.2010), в котором предложены способ и устройство для трехмерной реконструкции тела без использования контактных элементов или контактного механического воздействия на анализируемых участок тела. Основным недостатком данного решения является использование ультразвуковых датчиков для оценки формы поверхности анализируемого объекта, что обусловливает относительно низкую точность трехмерной реконструкции вследствие сложности реализации сопоставления, идентификации и коррекции искажений изображений с каждого из оптико- электронных датчиков. Кроме того, предложенное устройство конструктивно сложно, а именно имеет ряд элементов, которые требуют их корректного позиционирования и далее обработки данных от всех датчиков, что по указанным выше причинам приводит к сложности и высоким погрешностям.
Известно устройство и метод для сканирования трехмерной формы тела человека (пат. США 6345195) базирующиеся на использовании излучения диапазона 400...2000 нм и последующем анализе полученных в этом диапазоне изображений. Недостатком решения является низкая точность получаемых данных указанного оптического и теплового диапазонов, а также отсутствие представленных решений для сопоставления изображений при их получении с нескольких позиций датчиков, что приводит крайне низкой точности получаемых трехмерных данных.
Известно устройство моделирования и вычисления трехмерной формы тела человека на основе использования серии двумерных изображений (пат. США 9058663, 2015г). Недостатком предложенного решения является то, что в рамках данного изобретения обеспечивается измерение параметров формы людей при наличии нескольких людей в кадре, это приводит к низкой точности вследствие перекрытия людей друг другом. Также, если даже в кадре будет расположен только один человек, то разработанные метод и устройство, вследствие их основанности на использовании двумерных некалиброванных снимков, не позволят реализовать расчет трехмерной формы объектов с высокой точностью, будет возможна лишь примерная оценка, что недостаточно для решения задачи высокоточного измерения формы поверхности человека.
Известно изобретение (пат. США 9235928, 16.01.2016) в котором представлены подходы восстановления трехмерной формы человека на основе анализа серии двумерных и трехмерных снимков человека в заранее заданных позах. Основными недостатками предложенного изобретения является то, что несмотря на то, что используются трехмерные картины для каждой из поз человека, именно это и обуславливает низкую точность вычисления полной (со всех сторон) формы части человека - головы, конечности, фрагмента поверхности вследствие технической и алгоритмической сложности сопоставления трехмерных координат точек полученных облаков точек с каждой их позиций, что приводит к высоким погрешностям и низкой точности.
Технический результат от использования заявляемого блока измерения заключается в повышении точности измерения формы поверхности анализируемого объекта за счет реализации бинокулярного зрения на основе нескольких пар стереоизображений анализируемой поверхности и наличия в конструкции системы вычислительного модуля, который содержит контроллер оптико-электронных датчиков, модуль нахождения характерных точек, модуль вычисления трехмерных координат, модуль сопоставления характерных точек, модуль построения облака точек, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), энергонезависимый информационный накопитель (далее по тексту - информационный накопитель), управляющий контроллер, модуль ввода- вывода, системную шину, четырех оптико-электронных датчиков, системы из четырех зеркал, где первое, второе, третье, четвертое зеркала размещены перпендикулярно плоскости, содержащей главные оптические оси первого, второго и третьего ОЭД таким образом, что первое и второе зеркала перпендикулярны друг другу, и размещены, соответственно, между первым и вторым ОЭД и между вторым ОЭД и третьим ОЭД.
Вычислительный модуль обеспечивает: обнаружение и сопоставление характерных точек на поверхности анализируемого объекта, выбор точек для решения задачи вычисления их трехмерных координат на основе бинокулярного принципа технического зрения, вычисление трехмерных координат каждой точки поверхности анализируемого объекта и построение аппроксимирующей поверхности, описывающей форму поверхности анализируемого объекта.
Система зеркал предназначена для обеспечения реализации наблюдения любой части поверхности анализируемого объекта с не менее, чем двух позиций наблюдения для o(wo 2019/240606 ;ализации трехмерного технического зрения н£рСХ/Ки2018/000393 ляРного принципа реализации вычисления трехмерных координат точек поверхности.
Описание второго технического решения
Графические материалы, иллюстрирующие второе заявляемое техническое решение, приведены на Фиг. 9 - Фиг. 12, где Фиг. 9 - функциональная схема блока измерения, Фиг.10 - изображение взаиморасположения оптико-электронных датчиков и зеркал внутри блока измерения конфигурации и размеров исследуемого объекта, на Фиг. 11 - показано схематическое расположение измеряемого объекта относительно оптико-электронных датчиков, а на Фиг.12 - схема прохождения лучей от точки поверхности объекта при формировании стереопары изображения различными способами с использованием зеркал и прямых прохождений луча от точки до оптико-электронных датчиков.
Блок измерения конфигурации и размеров объемного тела для измерения конфигурации и размеров объемного тела (далее по тексту - блок) состоит из: первого 401, второго 402, третьего 403, четвертого 404, пятого 405 и шестого 406 плоских зеркал, первого 201, второго 202, третьего 203 и четвертого 204 оптико-электронных датчиков, вычислительного модуля 500.
Вычислительный модуль 500 содержит контроллер оптико-электронных датчиков 501, модуль нахождения характерных точек 502, модуль вычисления трехмерных координат 503, модуль сопоставления характерных точек 504, модуль построения облака точек 505, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 506, накопитель информации 508, управляющий контроллер 507, модуль ввода-вывода 509, системную шину 300. Причем вход-выход первого оптико-электронных датчика (ОЭД) подключен к первому входу- выходу контроллера ОЭД 201, вход-выход второго ОЭД 202 подключен ко второму входу- выходу контроллера ОЭД 501, вход-выход третьего ОЭД 203 подключен к третьему входу- выходу контроллера ОЭД 501, вход-выход четвертого ОЭД 204 подключен к четвертому входу-выходу контроллера ОЭД 501.
Первый, второй, третий и четвертый входы-выходы контроллера оптико-электронных датчиков 501 являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входом- выходом вычислительного модуля.
Пятый вход-выход контроллера ОЭД 501 подключен к первому входу-выходу системной шины 300.
Второй вход-выход системной шины 300 соединен с входом-выходом модуля нахождения характерных точек 502.
Третий вход-выход системной шины 300 соединен с входом-выходом модуля вычисления трехмерных координат точек 504. Четвертый вход-выход системной шины 300 соединен с входом-выходом модуля сопоставления характерных точек 504.
Пятый вход-выход системной шины 300 соединен с входом-выходом модуля построения облака точек 505.
Шестой вход-выход системной шины 300 соединен с входом-выходом ОЗУ 506.
Седьмой вход-выход системной шины 300 соединен входом-выходом управляющего контроллера 507.
Восьмой вход-выход системной шины 300 соединен входом-выходом энергонезависимого накопителя информации 508.
Девятый вход-выход системной шины 300 соединен с первым входом-выходом модуля ввода-вывода 509, второй вход-выход модуля ввода-вывода 509 является входом-выходом вычислительного модуля 500 и предназначен для обмена данными и командами с внешними устройствами.
Первый 201, второй 202, третий 203 и четвертый 204 ОЭД размешены друг относительно друга следующим образом: главные оптические оси
[https://courses.cs.washington.edu/courses/cse455/09wi/Lects/lectl6.pdfJ первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД-ов расположены в одной плоскости, а четвертый ОЭД 204 расположен так, что его главная оптическая ось перпендикулярна плоскости, в которой расположены главные оптические оси первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД.
В свою очередь, первый 201 и третий 203 ОЭД ориентированы друг напротив друга и размещены на расстоянии L. Их главные оптические оси совпадают.
Второй ОЭД 202 расположен так, что его главная оптическая ось перпендикулярна оптическим осям первого 201 и третьего 203 ОЭД и пересекает главные оптические оси первого 201 и третьего 203 ОЭД на равном расстоянии от первого 201 и второго 203 ОЭД.
Второй ОЭД 202 расположен на заданном расстоянии от первого 201 и третьего 203 ОЭД (таким образом, первый, второй и третий ОЭД расположены в вершинах равностороннего прямоугольного треугольника).
Первый 201 и третий 203 ОЭД - расположены в точке пересечения катетов и гипотенузы, а второй ОЭД 202 - в точке пересечения двух катетов.
Четвертый ОЭД 204 расположен так, что его главная оптическая ось проходит через точку пересечения главных оптических осей первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД. Четвертый ОЭД 204 расположен на высоте Н относительно плоскости главных оптических осей первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД-ов.
Первое 401, второе 402, третье 403, четвертое 404 зеркала размещены перпендикулярно плоскости, содержащей главные оптические оси первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД таким образом, что первое 401 и второе 402 зеркала перпендикулярны друг другу, и размещены, соответственно, между первым 201 и вторым 202 ОЭД и между вторым 202 ОЭД и третьим 203 ОЭД.
В свою очередь четвертое зеркало 404 перпендикулярно второму зеркалу 402, при этом второе зеркало 402 и четвертое зеркало 404 расположены с разных сторон относительно третьего ОЭД 203.
Третье зеркало 403 перпендикулярно первому зеркалу 401, при этом третье зеркало 403 и первое зеркало 401 расположены с разных сторон относительно первого ОЭД 201.
Пятое 405 зеркало размещено в плоскости, ориентированной под углом 45 градусов к плоскости, в которой размещены оптические оси первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД, и расположено между третьим 203 и четвертым 204 ОЭД.
Шестое 406 зеркало размещено в плоскости, ориентированной под углом 45 градусов к плоскости, в которой размещены оптические оси первого 201, второго 202 и третьего 203 ОЭД и расположено между первым 201 и четвертым 204 ОЭД.
Рассмотрим работу блока на примере измерения формы и конфигурации поверхности головы человека.
Человек, обмер головы которого производится заявляемым блоком измерения, размещает свою голову примерно в центре .предлагаемого устройства примерно на равном расстоянии от всех четырех - первого 201 , второго 202, третьего 203 и четвертого 204 ОЭД. К поверхности головы небольшим избыточным давлением прижата оболочка, повторяющая форму головы, с нанесенным на оболочку специальным шаблоном графических структурированных изображений в виде точек.
Принцип функционирования блока заключается:
- в формировании нескольких стереопар изображений объекта со всех сторон наблюдения (стереопара - два кадра изображения с двух различных оптико-электронных датчиков, обеспечивающих в конечном итоге трехмерное восприятие области рабочей сцены с различных позиций);
- в одновременном получении стереопар изображений посредством использования пар оптико-электронных датчиков и зеркал,
- в вычислении трехмерных координат точек на поверхности головы на основе использования стереопар изображений,
- в формировании облака точек, полученного на основе анализа и выбора множества ранее вычисленных трехмерных координат точек на измеряемой поверхности.
Рассмотрим функционирование блока более подробно. До начала работы блока он должен быть откалиброван, а именно приведены взаимные пространственные положения каждого из первого 201, второго 202, третьего 203 и четвертого 204 оптико-электронных датчиков в положения, указанные выше, и вычислены внутренние параметры каждого из перечисленных оптико-электронных датчиков, что обеспечит дальнейшее корректное вычисление трехмерных координат точек и решение целевой задачи вычисления трехмерной формы поверхности головы. Калибровка должна быть выполнена, например, по методике, представленной в [The calibration method for stereoscopic vision system [text] / M. Truphanov, V. Titov, S. Degtiarev // Machine graphics and vision. Vol. 17, No. 4, 2008. - PP. 373-387.]
Процесс формирования нескольких стереопар изображений, обеспечивающих наблюдение головы человека со всех сторон, заключается в следующем.
Стереопары формируются в результате получения изображения одних и тех же точек на поверхности оболочки, облегающей голову, при прохождении изображения (под изображением в данном абзаце понимаем непрерывный поток оптического излучения от каждой точки поверхности головы). Далее везде в настоящем тексте изображением считаем массив цифровых данных, содержащих распределение цифровых значений цветовых компонент [Computer vision. 1 st Edition. Linda Shapiro, George Stockman, 200]) или напрямую от измеряемой поверхности до двух оптико-электронных датчиков или же при отражении изображения части измеряемой поверхности оболочки от одного из указанных зеркал 401- 406 и далее поступающее на один или два из указанных оптико-электронных датчиков. Таким образом, различаем следующие условно пронумерованные стереопары и следующие модули рассматриваемого устройства, которые собственно и обеспечивают получение каждой стереопары (см. Фиг. 10):
- прямые изображения фрагмента измеряемой поверхности, поступающие напрямую на первый 201 и второй 202 ОЭД (далее назовем «стереопара N«l»);
- прямые изображения фрагмента измеряемой поверхности, поступающие напрямую на третий 203 и второй 202 ОЭД (далее назовем «стереопара N°2»);
- прямое изображение, поступающее на первый ОЭД 201 и изображение, прошедшее через первое зеркало 401 и поступившее на третий ОЭД 203 (назовем «стереопара N°3»);
- прямое изображение, поступающее на третий ОЭД 203, и изображение, прошедшее через второе зеркало 402 и поступившее на первый ОЭД 201 (далее назовем «стереопара Хз4»);
- прямое изображение, поступившее на первый ОЭД 201 и изображение, прошедшее через третье зеркало 403 и поступившее на второй ОЭД 202 (далее назовем «стереопара N°5»); - прямое изображение, поступившее на третий ОЭД 203 и изображение, прошедшее через четвертое зеркало 403 и поступившее на второй ОЭД 202 (далее назовем «стереопара N°6»);
- прямое изображение, поступившее на четвертый (верхний) ОЭД 204 и изображение, прошедшее через пятое зеркало 405 и поступившее на первый ОЭД 201 (далее назовем «стереопара N°7»);
- прямое изображение, поступившее на четвертый (верхний) ОЭД 204 и изображение, прошедшее через шестое зеркало 406 и поступившее на третий ОЭД 203 (далее назовем «стереопара N°8»).
Таким образом, перечисленные выше стереопары 1-8 обеспечивают получение любого участка измеряемой поверхности не менее, чем с двух различных позиций, что и обеспечивает в дальнейшем согласно принципа функционирования устройства расчет трехмерных координат точек в любой части измеряемой поверхности. В случае измерения параметров поверхности конечностей (стоп, голени, ног, рук), верхний оптико- электронный датчик 204 не требуется.
Рассмотрим процесс функционирования устройства далее. Изображение различных частей измеряемой поверхности формируются первым ОЭД 201, вторым ОЭД 202, третьим ОЭД 203 и четвертым ОЭД 204. С входов выходов первого 201, второго 202, третьего 203, четвертого 204 ОЭД изображения поступают соответственно на первый, второй, третий и четвертый входы-выходы контроллера оптико-электронных датчиков 501, который последовательно пиксель за пикселем записывает кадр с каждого из перечисленных оптико- электронных датчиков через свой пятый вход-выход, через первый вход-выход системной шины 300, через шестой вход-выход системной шины 300, через вход-выход ОЗУ 506 в ОЗУ 506. Каждый из полученных кадров хранится в ОЗУ 506 с привязкой по времени получения в своей области памяти.
Управляющий контроллер 507 подает команду через свой вход-выход на седьмой вход- выход системной шины 300 через второй вход-выход системной шины 300 через вход- выход модуля нахождения характерных точек 502 в модуль нахождения характерных точек 502. Модуль нахождения характерных точек 502 анализирует последовательно изображения [Lindeberg, Т. Feature Detection with Automatic Scale Selection // International Journal of Computer Vision, v.30 n.2, Nov. 1998, P. 79-116], записанные в ОЗУ 506 следующим образом:
- находит характерные точки на каждом кадре изображения (здесь под характерными точками понимаются точки, которые заранее специально нанесены на эластичную оболочку), - вычисляет двумерные координаты каждой характерной точки, при этом дополнительно помечает в памяти ОЗУ 506, точка наблюдается напрямую (т.е. непосредственно оптико-электронный датчик получает изображение этой точки с поверхности эластичной оболочки) или точка отражается через одно из указанных зеркал, что впоследствии дает возможность модулю вычисления трехмерных координат 503 корректно рассчитать трехмерные координаты этой точки.
Таким образом, в результате в ОЗУ 506 хранятся единовременно полученные изображения участков поверхности головы, наблюдаемые через первое, второе, третье, четвертое, пятое, шестое зеркала 401, 402, 403, 404, 405, 406 и напрямую - первым 201, вторым 202, третьим 203, четвертым 204 ОЭД и обнаруженные характерные точки с привязкой к источнику получения изображения каждой точки.
Вычисление трехмерных координат точек на измеряемой поверхности на основе использования стереопар изображений осуществляет далее модуль вычисления трехмерных координат 503.
Для этого производится обработка данных, полученных на предыдущих этапах обработки модулем сопоставления характерных точек 504, и далее модулем вычисления трехмерных координат 503 вычисляются трехмерные координаты каждой точки. Модуль сопоставления характерных точек 504 считывает координаты и признак принадлежности конкретной стереопаре текущей анализируемой области рабочей сцены (области измеряемой поверхности) из ОЗУ 506: управляющий контроллер 507 со своего входа- выхода через седьмой вход-выход системной шины 300, далее через свой четвертый вход- выход подает команду о необходимости поиска соответствия хранящихся в ОЗУ 506 точек модулем сопоставления характерных точек 504. Модуль сопоставления характерных точек 504 через свой вход-выход, четвертый вход-выход системной шины 300, шестой вход- выход системной шины 300 и вход-выход ОЗУ 506 считывает последовательно координаты каждой найденной ранее характерной точки и признак принадлежности этой точки одной из перечисленных выше стереопар. Далее модуль сопоставления характерных точек таким же только что рассмотренным образом считывает координаты точек из ОЗУ 506, которые принадлежат смежному изображению, и среди которых потенциально может быть найдена эта же самая текущая анализируемая точка, но на смежном изображении (поясним понятие «смежное изображение», которое применяется здесь и далее - в рамках настоящего описания: пусть есть два кадра изображений с разных ОЭД, которые образуют одну из перечисленных выше стереопар. Тогда смежное изображение - это то изображение, которое в рамках этой стереопары дополняет другое изображение этой же стереопары и содержит изображение реального участка измеряемой поверхности с другой позиции в рамках этой же стереопары). Таким образом, на данном этапе модуль сопоставления точек 504 ищет сопоставление единственно текущей характерной точки среди множества характерных точек на смежном кадре изображения этой стереопары. В результате данного сопоставления в случае успеха поиска смежной точки либо формируется стерео-пара двумерных координат одной и той же точки, которая далее записывается в ОЗУ 506, либо точка помечается как не имеющая соответствия и исключается из обработки в рамках анализа данной стереопары (но не исключается из анализа остальных стереопар). В случае нахождения стереопары, модуль сопоставления характерных точек 504 передает через свой вход-выход, через четвертый и далее шестой входы-выходы системной шины 300 на вход- выход ОЗУ 506 результаты сопоставления характерной точки, которые содержат две пары двумерных координат и соответствие этих пар координат изображениям одной из перечисленных выше стереопар.
После обработки модулем сопоставления характерных точек 502 всех характерных точек, хранящихся в ОЗУ 506, и формирования множества стереопар, модуль сопоставления характерных точек 504 формирует сообщение о завершении обработки данных, поступающее через вход-выход модуля сопоставления характерных точек. Далее - на четвертый и далее - на седьмой входы-выходы системной шины 300 и далее - на вход управляющего контроллера 507. В свою очередь, управляющий контроллер 507 подает команду через системную шину 300 модулю вычисления трехмерных координат, который последовательно для каждой из сформированных и записанных в ОЗУ 506 стереопар вычисляет трехмерные координаты точки в локальной системе координат именно этой текущей стереопары, преобразует вычисленные трехмерные координаты из локальной системы координат в единую систему координат, выбранную глобальной для рассматриваемого устройства (согласно данного изобретения глобальная система координат совпадает по декартовым осями с локальной системой координат второго оптико-электронного датчика 202). Рассчитанные трехмерные глобальные координаты точек модуль вычисления трехмерных координат передает через свой вход-выход на третий вход-выход системной шины 300, на шестой вход-выход системной шины 300 в ОЗУ 506.
Далее модуль вычисления трехмерных координат 503 уведомляет модуль построения облака точек 505 о завершении своей работы и разрешении работы модуля построения облака точек 505. Соответствующее сообщение передается через вход-выход модуля вычисления трехмерных координат, через третий и пятый входы-выходы системной шины 300, через вход выход модуля построения облака точек 505 в модуль построения облака точек 505. После этого модуль построения облака точек 505 начинает формирование облака точек, полученного на основе анализа и выбора множества ранее вычисленных трехмерных координат точек на эластичной оболочке, прижатой к измеряемой поверхности головы.
Для этого модуль построения облака точек 505 последовательно, точку за точкой (здесь идет речь о считывании глобальных трехмерных координат точек), считывает из ОЗУ 506 и, если эта точка ранее этим же модулем построения облака точек 505 не была обработана, ищет п ближайших к ней точек. Затем модуль построения облака точек 505 переходит к анализу новой точки, выбираемой среди найденных ближайших точек, и так до тех пор, пока не будут обработаны все хранящиеся в ОЗУ 506 точки. Процесс считывания параметров точек модуль построения облака точек 505 выполняет через свой вход-выход через пятый вход-выход системной шины 300, через шестой вход-выход системной шины 300 и через вход-выход ОЗУ 506. В результате, на данном этапе обработки в ОЗУ 506 хранятся связи между ближайшими точками в трехмерном пространстве.
Финальным этапом построения облака точек является этап, при котором модуль построения облака точек 505 повторно анализирует координаты характерных точек в трехмерном пространстве и связи между ближайшими соседями точек и формирует единую триангуляционную сетку на основе исключения дублирующих связей между характерными точками и восстановления недостающих связей. Сформированные параметры связей между характерными точками в трехмерном пространстве записываются в ОЗУ 506. Для этого модуль построения облака точек 505 записывает в ОЗУ 506 все рассчитанные вектора (связи), определяющие связь между двумя точками в трехмерном пространстве на поверхности оболочки, при этом параметры векторов модуль построения облака точек 505 передает через свой вход-выход на пятый вход-выход и далее - на шестой вход выход системной шины 300. И далее - через вход-выход ОЗУ 506 указанные данные записываются в ОЗУ 506. Одновременно с этим, полученные данные о взаимном расположении точек, представляющие собой вектора, определяющие связи между соседними точками, и трехмерные мировые координаты точек на поверхности оболочки записываются в накопитель информации 508.
На заключительном этапе работы блока рассчитанные параметры трехмерной поверхности могут быть переданы во внешнее устройство через модуль ввода-вывода 509. Для этого модуль ввода-вывода 509 из накопителя информации 508 считывает трехмерные координаты точек на поверхности эластичной оболочки и через вход-выход накопителя информации 508, через восьмой вход-выход и через девятый вход-выход системной шины 300 и далее через первый вход-выход модуля ввода-вывода 509 передает через второй вход- выход модуля ввода-вывода 509 данные о трехмерных координатах точек поверхности шапки и о связях между ними во внешнее устройство.
В качестве первого 401, второго 402, третьего 403, четвертого 404, пятого 405 и шестого 406 зеркал используются плоские стеклянные зеркала размером примерно 280x420 мм.
В качестве первого 201, второго 202, третьего 203 и четвертого 204 оптико- электронных датчиков могут быть применены портативные видеокамеры Logitech С920, С905, или иные, обеспечивающие получение изображений размером кадра не менее 1600x1200 пикселей, обеспечивающих угол обзора не менее 52 градусов и частоту формирования изображений не менее 24 кадров/с.
Контроллер оптико-электронных датчиков 501 представляет собой типичный usb- контроллер, дополнительно оснащенный функцией регистрации времени приема очередного кадра.
Модуль нахождения характерных точек 502, модуль вычисления трехмерных координат 503, модуль сопоставления характерных точек 504, управляющий контроллер 507 могут быть реализованы на базе программируемой логической интегральной схемы, например, Xilinx Virtex 5 с логической емкостью, достаточной для реализации указанных блоков. Модуль построения облака точек 505 целесообразно реализовать на базе сигнального процессора, микро-ЭВМ или высокоскоростного микроконтроллера. Также данный модуль может быть реализован на программируемой логической схеме. ОЗУ 506 представляет собой модуль динамического ОЗУ со схемой управления, емкостью не менее 4 Гбайт, что определяется объемом исходных изображений и объемом промежуточных данных.
В качестве энергонезависимого накопителя информации 508 может быть использован любой так называемый «жесткий диск» (hard disk drive) объемом памяти не менее 256 Гб. Рекомендуется использование SSD диска, или аналогичного ему.
Третье самостоятельное техническое решение - способ измерения конфигурации и размеров объёмного тела
Заявляемый способ решает задачу выполнения высокоточных измерений формы и размеров объемного тела и на их основе позволяет создавать реконструкции 3-х мерной (объемной) поверхности тела или отдельных его частей, или подбирать из готовых изделий наиболее подходящие для индивидуума изделия.
Возможность одновременного измерения размеров и конфигурации объемного тела появилась сначала при снятии слепков с тела и последующего измерения получившихся слепков, а позднее - при использовании средств сканирования поверхностей на расстоянии. Трехмерное боди-сканирование применяется и в медицине. Известны способы быстрого обмера большого количества человек для получения точного компьютерного изображения и индивидуального пошива посредством боди- сканирования.
Из уровня техники известно техническое решение «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ ТЕЛА», запатентованное как US2016203361 (А1 )— 2016-07-14.
Система и метод измерения формы тела индивидуума по имеющимся входным данным, таким как изображения или масштабные снимки, где тело может представляться в одной или нескольких позах, захваченных в разное время. Целостная форма тела вычисляется во всех позах. Тело может быть представлено в минимальной облегающей одежде или в обычной одежде, при этом описанный способ производит измерение формы тела под одеждой. Скрытые или недостаточно открытые участки тела обнаруживаются с помощью классификации изображений и способа подгонки, приспособленного для исправления каждого участка индивидуально. Части формы тела представляются параметрически и сопоставляются с аналогичными частями на основе сходства формы и других особенностей. Стандартные измерения извлекаются с помощью параметрических или непараметрических функций формы тела. Недостатком данного технического решения является: то, что данный способ не позволяет создать точную виртуальную поверхность тела под одеждой, если во время съемок нет полного прилегания одежды к телу.
Известен метод создания лекал по меркам частей тела и метод изготовления бумажных лекал (см. патент JP2006169705 (А)— 2006-06-29), заключающийся в наклеивании на измеряемую поверхность полосок клейкой ленты, чувствительных к давлению, до получения на измеряемой поверхности маски, а затем выполняют разрезание этой маски для получения выкройки.
Общий признак, который используется в данном и в заявляемом автором способах: создание за счет избыточного давления тактильного контакта между средством измерения и измеряемой поверхностью. Недостаток способа - использование полосок клейкой ленты, которые приклеиваются на измеряемую поверхность. Это неудобный и негигиеничный способ. На его выполнение тратится много времени.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ по патенту RU (11) 2551731. Из описания к патенту (19) RU (11) 2551731 (13) С1 (51) МПК А41Н1/02 (2006.01)
G06Q50/10 (2012.01) известен способ виртуального подбора одежды, заключающийся в фотографировании субъекта, для которого подбирается одежда, в передаче изображений в вычислительное устройство; в вычислении параметров тела, для которого при фотографировании субъект одет в эластичный шаблон с эталонной разметкой, который используется при вычислении антропометрических данных измеренного субъекта. В способе выполняется определение фактических размеров всех параметров тела, при этом шаблон содержит эластичную основу, растяжимую в пределах одного типоразмера, с нерастяжимыми графическими элементами определенной формы и размера, закрепленными на внешней поверхности эластичной основы, обладающими формоустойчивостью и нерастяжимостью во всех направлениях и служащими размерным эталоном, при этом форма, количество и расположение нерастяжимых графических элементов выбраны в соответствии с типоразмером шаблона.
Недостатком способа является неудобство, связанное с тем, что данный способ предназначен, преимущественно для измерения поверхности тела, а не лица и головы.
Для его выполнения требуется наличие специализированных приспособлений в виде комбинезона с разметкой, который выбран из определенного размерного ряда. На надевание комбинезона и раздевание у человека уходит достаточно большой период времени. Виртуальная примерка одежды, выбранной в результате использования данного способа не воссоздает тактильные ощущения от контакта с примеряемой одеждой, или обувью.
Технический результат от использования заявляемого способа заключается в том, что он более точен, удобен для практического применения, легок в использовании, по сравнению с известными, а также обеспечивает массовое тиражирование на основе недорогих серийно выпускаемых компонентов заявляемого устройства. Повышение точности выполнения способа обусловлено тем, что в качестве блока измерения используется блок, оптико-электронный датчики которого захватывают всю исследуемую поверхность тела, к которой плотно - за счет повышенного давления, прилегает оболочка с нанесенной маркировкой, что позволяет более точно вычислить расстояние между камерами и поверхностью, и, соответственно, построить виртуальную модель данной поверхности; также повышение точности обусловлено тем, что регистрация (получение изображений) всей поверхности объекта производится единовременно (в один и тот же момент времени), что исключает потенциальные ошибки, обусловленные возможными непроизвольными движениями объекта относительно оптико-электронных датчиков.
При этом для человека, в то время, когда выполняются измерения, создается возможность уточнять размеры в соответствии со своими тактильными ощущениями за счет изменения степени сжатия измеряемой поверхности.
Универсальность применения заявляемого способа определяется тем, что любое объемное тело можно идентифицировать как совокупность точек в пространстве, считанную посредством описанного выше устройства. Внедрение способа позволит унифицировать измерения при производстве различных высокоточных изделий, имеющих индивидуальную посадку - шлемов, очков, париков, обуви, одежды, ортезов.
Удобство измерения, его высокая точность и быстрота достигается за счет того, что на объект измерения не требуется надевать специальный костюм, а изменение давления внутри оболочки устройства позволяет быстро готовить устройство к измерениям, оперативно проводить измерения и легко извлекать объект исследования из устройства после измерения.
Описание способа измерения конфигурации и размеров объемного тела с использованием заявляемого контактного устройства
Для измерения используется устройство, состоящее из одного или нескольких модулей, внутри которых имеются: эластичные оболочки, на внутренней поверхности которых имеется маркировка, блок измерения, а также один или несколько компрессоров, создающих необходимое давление внутри модулей. Способ измерения конфигурации и размеров объемного тела заключающийся в том, что измеряют расстояние между оптико- электронными датчиками в установленном блоке измерения и поверхностью эластичной оболочки, на которой нанесена разметка. Для этого:
- первоначально в оболочке/оболочках устройства при помощи компрессора создают такое давление, чтобы размер оболочки изменился до такого размера, когда исследуемая поверхность может поместиться в область измерения (во внутрь, или снаружи устройства);
- исследуемую поверхность объемного тела помещают в пространство к поверхности эластичной оболочки устройства, на которую нанесена разметка, при этом исследуемую поверхность можно разместить или снаружи, или внутри устройства;
- внутри устройства посредством компрессора создают давление, при котором оболочка плотно прилегает к поверхности исследуемого тела;
- блок измерения считывает информацию о положении разметки на стороне оболочки, прилегающей к измеряемому объекту, при этом при снятии мерок с областей мягких тканей на ногах, теле или на голове человека учитываются его тактильные ощущения, например, степень комфортности, которая регулируется посредством изменения давления;
- полученные данные обрабатываются в блоке измерения и на их основе формируется виртуальная модель исследуемой поверхности объемного тела;
- заканчивается процесс тем, что внутри устройства создают давление, при котором исследуемая поверхность тела перестает контактировать с устройством и исследуемый объект извлекают из устройства, или устройство извлекается из исследуемого объекта.
Примеры выполнения способа. 1. Выполняется измерение размера и формы поверхности головы для создания или подбора шлема для автогонщика - см. Фиг. 13. Для этой цели используется контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, соединенное с компрессором. Устройство состоит из корпуса 101, блока измерения конфигурации 104, встроенного в корпус 101, эластичной оболочки 105, на которой нанесена разметка 106, по форме и размерам приближенной к голове, герметично закрепленной на корпусе 101. Пользователь готовит устройство к проведению измерения. Для этого компрессором 107 удаляется часть воздуха в пространстве между корпусом и оболочкой, что позволяет оболочке увеличиться в размерах за счет растяжимости. После достижения необходимого размера оболочки пользователь свободно помещает голову в оболочку. Далее компрессором создается давление, при котором оболочка уменьшается и комфортно прилегает к измеряемой поверхности. Включается блок измерения конфигурации 104, который выполняет измерения и вычисляет трехмерные параметры формы измеряемой головы. После завершения измерения, включается компрессор 107 и откачивает воздух из корпуса. Человек снимает устройство с головы и устройство снова готово к использованию.
2. Выполняется измерение размера и формы поверхности шлема для автогонщика, чтобы выбрать один из множества имеющихся на рынке шлемов для человека, параметры головы которого предварительно измерены (см. пример 1) - см. Фиг. 14. Для этой цели используется контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, соединенное с компрессором. Устройство состоит из корпуса 101, блока измерения конфигурации 104, встроенного в корпус 101, эластичной оболочки 105, на которой нанесена разметка 106, по форме и размерам приближенной к голове, герметично закрепленной на корпусе 101. Пользователь готовит устройство к проведению измерения. Для этого компрессором 107 удаляется часть воздуха в пространстве между корпусом и оболочкой, что позволяет оболочке уменьшиться в размерах за счет растяжимости. После достижения необходимого размера оболочки пользователь свободно помещает оболочку внутрь шлема.
На следующем этапе включается подача воздуха компрессором в пространство между корпусом и оболочкой. Создается давление воздуха внутри корпуса, повышенное, относительно атмосферного, за счет чего размер оболочка увеличивается до размера, при котором она прижимается к поверхности шлема.
Далее включается в работу блок измерения конфигурации и размеров объемного тела. Сигналы, поступающие с его выхода, записываются во внешнем запоминающем устройстве и обрабатываются в заданный вид. После проведения измерения воздух из устройства частично удаляют при помощи компрессора, оболочка сжимается и устройство удаляют из шлема. После этого устройство вновь готово к использованию.
3. Выполняется измерение поверхности ноги в области ступни и голени. Для этой цели используется разъемное контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, соединенное с компрессором. Устройство состоит из двух модулей, имеющих между собой подвижное соединение. Каждый модуль состоит из корпуса, блока измерения конфигурации, помещенного в корпус, эластичной оболочки, по форме и размерам приближенной к определенной части ноги, герметично закрепленной на корпусе. Первый модуль - неподвижный и содержит две оболочки. Одна оболочка по форме и размеру приближена к ступне, вторая приближена по форме к передней поверхности голени. Оболочка второго модуля - подвижного, приближена по форме к задней поверхности голени.
Пользователь готовит устройство к проведению измерения. Для этого рассоединяются соединенные между собой модули, компрессором удаляется часть воздуха в пространстве между корпусами и оболочками, что позволяет оболочкам увеличиться в размерах за счет растяжимости. После достижения необходимого размера оболочек пользователь свободно помещает ногу внутрь устройства, а именно, ступня и передняя часть голени помещается в первый модуль. Далее подвижный модуль соединяют с неподвижным.
На следующем этапе включается подача воздуха компрессором в пространство между корпусами и оболочками. Создается давление воздуха внутри корпусов, повышенное, относительно атмосферного, за счет чего оболочки увеличиваются до размеров, при котором они прижимаются к поверхности ноги.
Далее включается в работу блок измерения конфигурации и размеров объемного тела. Сигналы, поступающие с его выхода, записываются во внешнем запоминающем устройстве и обрабатываются в заданный вид.
После проведения измерения воздух из устройства частично удаляют при помощи компрессора, оболочки сжимаются, соединение между модулями размыкается и удаляют ногу из устройства. После этого устройство вновь готово к использованию.

Claims

Контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, блок измерения конфигурации и размеров объемного тела, способ измерения конфигурации и размеров объемного тела с использованием заявляемого контактного устройства ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, содержащее блок измерения конфигурации и размеров объемного тела и герметичную и эластичную оболочку с нанесенной на ней разметкой, отличающееся тем, что оно выполнено из по меньшей мере одного модуля, соединенного с по меньшей мере одним компрессором, при этом модуль содержит корпус, а герметичная и эластичная оболочка герметично соединена со стенками корпуса, при этом блок измерения конфигурации и размеров объемного тела жестко связан со стенками корпуса и выполнен с возможностью измерения конфигурации и размеров объемного тела, при котором герметичная и эластичная оболочка, наложенная на исследуемую поверхность в зонах контакта, повторяет конфигурацию этой поверхности, при этом разметка нанесена на оболочку в зонах контакта со стороны установки блока измерения конфигурации и размеров объемного тела.
2. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что конфигурации поверхности герметичной и эластичной оболочек соответствуют конфигурации измеряемого объемного тела и приближена к нему по размерам.
3. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что конфигурации поверхности герметичной и эластичной оболочек не соответствуют пропорциям и конфигурации измеряемого объемного тела, при этом они выполнены одинаковыми между собой.
4. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые модули имеют шарнирное соединение между собой.
5. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые модули имеют замковое соединение между собой.
6. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что соединение модулей с компрессором выполнено через стенку или стенки корпуса.
7. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что соединение модулей с компрессором выполнено через эластичную или эластичные оболочки.
8. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что разметка на поверхности оболочки выполнена в виде точек.
9. Контактное устройство по п. 1 , отличающееся тем, что разметка на поверхности оболочки выполнена в виде цветных линий.
10. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что разметка на поверхности оболочки выполнена в виде маркеров.
11. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка выполнена из эластичной ткани, покрытой силиконом.
12. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка выполнена из эластичной ткани, покрытой латексом.
13. Контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из пластмассы.
14. Блок измерения конфигурации и размеров объемного тела для контактного устройства для измерения конфигурации и размеров объемного тела, содержащий систему зеркал и вычислительный модуль, содержащий оптико-электронные датчики, контроллер оптико- электронных датчиков, модуль нахождения характерных точек, модуль вычисления трехмерных координат, модуль сопоставления характерных точек, модуль построения облака точек, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимый накопитель информации, управляющий контроллер, модуль ввода-вывода, системную шину, причем вход-выход первого оптико-электронного датчика подключен к первому входу-выходу контроллера оптико-электронного датчика, вход-выход второго оптико-электронного датчика подключен ко второму входу-выходу контроллера оптико-электронного датчика, вход-выход третьего оптико-электронного датчика подключен к третьему входу-выходу контроллера оптико-электронного датчика, вход-выход четвертого оптико-электронного датчика подключен к четвертому входу-выходу контроллера оптико-электронного датчика, первый, второй, третий и четвертый входы-выходы контроллера оптико-электронных датчиков являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входом-выходом вычислительного модуля, пятый вход-выход контроллера оптико-электронного датчика подключен к первому входу-выходу системной шины, второй вход-выход системной
Figure imgf000028_0001
соединен с входом выходом модуля нахождения характерных точек, третий вход-выход системной шины соединен с входом-выходом модуля вычисления трехмерных координат точек, четвертый вход-выход системной шины соединен с входом-выходом модуля сопоставления характерных точек, пятый вход-выход системной шины соединен с входом- выходом модуля построения облака точек, шестой вход-выход системной шины соединен с входом-выходом оперативного запоминающего устройства, седьмой вход-выход системной шины соединен с входом-выходом управляющего контроллера, восьмой вход- выход системной шины соединен с входом -выходом энергонезависимого накопителя информации 6, девятый вход-выход системной шины соединен с первым входом выходом модуля ввода-вывода, второй вход-выход модуля ввода вывода является входом-выходом вычислительного модуля и предназначен для обмена данными и командами с внешними устройствами, первый, второй, третий и четвертый оптико-электронные датчики размешены друг относительно друга так, чтобы главные оптические оси первого, второго и третьего оптико-электронных датчиков расположены в одной плоскости, а четвертый оптико- электронный датчик расположен так, что его главная оптическая ось перпендикулярна плоскости, в которой расположены главные оптические оси первого, второго и третьего оптико-электронных датчиков, первый и третий оптико-электронные датчики ориентированы друг напротив друга и размещены на расстоянии L, при этом их главные оптические оси совпадают, второй оптико-электронный датчик расположен так, что его главная оптическая ось перпендикулярна оптическим осям первого и третьего оптико-электронного датчика и пересекает главные оптические оси первого и третьего оптико-электронного датчика на равном расстоянии от первого и третьего оптико- электронного датчика, так, что первый, второй и третий оптико-электронные датчики расположены в вершинах равностороннего прямоугольного треугольника, первый и третий оптико- электронные датчики - в точках пересечения катетов и гипотенузы, а второй оптико- электронный датчик - в точке пересечения двух катетов, четвертый оптико- электронный датчик расположен так, что его главная оптическая ось проходит через точку пересечения главных оптических осей первого, второго и третьего оптико-электронных датчиков и четвертый оптико-электронный датчик расположен на высоте Н относительно плоскости главных оптических осей первого, второго и третьего оптико-электронных датчиков, первое, второе, третье, четвертое зеркала размещены перпендикулярно плоскости, содержащей главные оптические оси первого, второго и третьего оптико- электронных датчиков таким образом, что первое и второе зеркала перпендикулярны друг другу, и размещены, соответственно, между первым и вторым оптико-электронными датчиками и между вторым и третьим оптико-электронными датчиками, в свою очередь четвертое зеркало перпендикулярно второму зеркалу, при этом второе зеркало и четвертое зеркало расположены с разных сторон относительно третьего оптико-электронного датчика, третье зеркало перпендикулярно первому зеркалу, при этом третье и первое зеркала расположены с разных сторон относительно первого оптико-электронного датчика, пятое зеркало размещено в плоскости, ориентированной под углом 45 градусов к плоскости, в которой размещены оптические оси первого, второго и третьего оптико-электронных датчиков, и расположено между третьим и четвертым оптико-электронными датчиками, шестое зеркало размещено в плоскости, ориентированной под углом 45 градусов к плоскости, в которой 7 размещены оптические оси первого, второго и третьего оптико- электронных датчиков и расположено между первым и четвертым оптико-электронными датчиками.
15. Способ измерения конфигурации и размеров объемного тела с использованием контактного устройства по п.1, включающий измерение расстояния между оптико- электронным датчиками блока измерения конфигурации и размеров объемного тела и поверхностью герметичной и эластичной оболочки, на которую нанесена разметка, обработку полученной информации и построение виртуальной модели исследованной поверхности, при этом для измерения расстояния между оптико-электронным датчиками блока измерения конфигурации и размеров объемного тела и поверхностью герметичной и эластичной оболочки создают посредством компрессора первоначальное давление в герметичной и эластичной оболочке упомянутого устройства, для помещения исследуемой поверхности в область измерения помещают исследуемую поверхность объемного тела в пространство к поверхности герметичной и эластичной оболочки упомянутого устройства, при этом исследуемую поверхность помещают снаружи, или внутри устройства, и создают необходимое давление внутри него, для создания непосредственного контакта между исследуемой поверхностью тела и выше упомянутым устройством, осуществляют считывание посредством блока измерения конфигурации и размеров объемного тела информацию о положении маркеров на размеченной стороне герметичной и эластичной оболочки, обработку ее, создавая цифровую модель повторяющую конфигурацию, размеры и форму исследуемой поверхности, и освобождение исследуемой поверхности объемного тела от контакта с герметичной и эластичной оболочкой, понижая давление внутри нее.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что степень облегания поверхности исследуемого тела оболочкой регулируют за счет изменения давления внутри модулей.
PCT/RU2018/000393 2018-06-13 2018-06-13 Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела WO2019240606A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2018/000393 WO2019240606A1 (ru) 2018-06-13 2018-06-13 Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2018/000393 WO2019240606A1 (ru) 2018-06-13 2018-06-13 Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019240606A1 true WO2019240606A1 (ru) 2019-12-19

Family

ID=68841870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000393 WO2019240606A1 (ru) 2018-06-13 2018-06-13 Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019240606A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114322769A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 辽宁新瑞碳材料科技有限公司 一种制备培育钻石混合原料块尺寸检测装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019129C1 (ru) * 1990-02-07 1994-09-15 Ивановский государственный медицинский институт им.А.С.Бубнова Устройство для определения объема конечности
US5850222A (en) * 1995-09-13 1998-12-15 Pixel Dust, Inc. Method and system for displaying a graphic image of a person modeling a garment
RU2551731C1 (ru) * 2014-07-02 2015-05-27 Константин Александрович Караваев Способ виртуального подбора одежды

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019129C1 (ru) * 1990-02-07 1994-09-15 Ивановский государственный медицинский институт им.А.С.Бубнова Устройство для определения объема конечности
US5850222A (en) * 1995-09-13 1998-12-15 Pixel Dust, Inc. Method and system for displaying a graphic image of a person modeling a garment
RU2551731C1 (ru) * 2014-07-02 2015-05-27 Константин Александрович Караваев Способ виртуального подбора одежды

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114322769A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 辽宁新瑞碳材料科技有限公司 一种制备培育钻石混合原料块尺寸检测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7899220B2 (en) Time-dependent three-dimensional musculo-skeletal modeling based on dynamic surface measurements of bodies
US6564086B2 (en) Prosthesis and method of making
Kovacs et al. Accuracy and precision of the three-dimensional assessment of the facial surface using a 3-D laser scanner
Pazos et al. Accuracy assessment of human trunk surface 3D reconstructions from an optical digitising system
US11779242B2 (en) Systems and methods to estimate human length
US20100312143A1 (en) Human body measurement system and information provision method using the same
CA2836201C (en) Method and system for forming a virtual model of a human subject
Malti et al. Combining conformal deformation and cook–torrance shading for 3-d reconstruction in laparoscopy
CN110891488A (zh) 矢状旋转确定
Bragança et al. Current state of the art and enduring issues in anthropometric data collection
RU2663387C1 (ru) Контактное устройство для измерения конфигурации и размеров объемного тела, система измерения конфигурации и размеров объемного тела, способ измерения конфигурации и размеров объемного тела
WO2019240606A1 (ru) Контактное устройство, блок и способ измерения конфигурации и размеров объемного тела
Enciso et al. Three-dimensional head anthropometric analysis
Groisser et al. 3d reconstruction of scoliotic spines from stereoradiography and depth imaging
Rigotti et al. Portable and accurate 3D scanner for breast implants design and reconstructive plastic surgery
Rigotti et al. Surface scanning: an application to mammary surgery
JP3667727B2 (ja) 物体の位置測定方法及びその装置
Kolose et al. Part II: an overview of 3D body scanning technology
Verster A structured light solution for detecting scapular dyskinesis
Poncet et al. 3D reconstructions of the external and internal geometries of the trunk using laser and stereo-radiographic imaging techniques
Alothmany et al. Accuracy of joint angles tracking using markerless motion system
Daoud et al. 3D reconstruction of the human trunk for designing personalized braces: Precision study
Ciobanu Bioengineering applications of 3D scanning and reconstruction using a depth sensor
TURSI et al. Automatic Detection of Body Landmarks in Human Body Scans
Arshad Role of 3d Scanning In Visible Surgical Swellings

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18922612

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18922612

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1