SU1480799A1

SU1480799A1 - Method of contact-less measurement of foot and ankle area

Info

Publication number: SU1480799A1
Application number: SU874266942A
Authority: SU
Inventors: Александр Григорьевич Комиссаров
Original assignee: Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им.С.М.Кирова
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1989-05-23

Abstract

Изобретение позвол ет сократить врем измерени путем получени с помощью двух телевизионных камер изображени стопы и голени человека освещаемых со всех сторон плоскими лучами, параллельными основанию, и вычислени координат поверхности стопы и голени по телевизионным сигналам полученных изображений. Телевизионные камеры располагаютс симметрично относительно средней вертикали стопы и голени, оптические оси телевизионных камер лежат в одной плоскости и направлены под углом α, выбираемым в пределах 90±20° относительно средней вертикали стопы и голени. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.The invention makes it possible to shorten the measurement time by obtaining, with the help of two television cameras, an image of the foot and the tibia of a person illuminated from all sides by flat rays parallel to the base, and calculating the coordinates of the surface of the foot and the tibia from the television signals of the obtained images. Television cameras are arranged symmetrically with respect to the average vertical of the foot and lower leg, the optical axes of the television cameras lie in the same plane and are directed at an angle α chosen within 90 ± 20 ° relative to the average vertical of the foot and lower leg. 1 hp f-ly. 3 il.

Description

1one

Изобретение относитс к области измерени размеров и формы стопы и голени человека и может быть использовано дл автоматического измерени координат поверхности в системе с ЭВМ.The invention relates to the field of measuring the size and shape of the foot and leg of a person and can be used to automatically measure the coordinates of the surface in a computer system.

Цель изобретени - сокращение времени измерени путем уменьшени времени обработки изображений.The purpose of the invention is to reduce the measurement time by reducing the image processing time.

На фиг. 1 и 2 приведена схема устройства , реализующа способ, в двух проекци х; на фиг. 3 - схема определени координат точки поверхности по ее изображению на матрица фотодетекторов телекамеры в двух проекци х.FIG. Figures 1 and 2 show the scheme of the device that implements the method in two projections; in fig. 3 is a scheme for determining the coordinates of a surface point from its image on a matrix of photo detectors of a television camera in two projections.

Устройство, реализующее способ, включает в себ основание 1, служащее опорной плоскостью дл измерени стопы 2, и осветитель, установленный на основании 1 и создающий К плоскихA device that implements the method includes a base 1, which serves as a reference plane for measuring the foot 2, and an illuminator mounted on the base 1 and creating K flat

лучей, параллельных основанию 1 и образующих замкнутые световые следы на поверхности стопы 2. Конструкци осветител позвол ет последовательно включать тот или иной плоский луч с номерами от 1 (снизу)до К (сверху). Осветитель состоит из зеркал 3, зеркального барабана 4, вращаемого с. большой скоростью электроприводом, и источника 5 горизонтальных лучей. Источник 5 представл ет собой линейку полупроводниковых лазеров с оптической системой, которые могут подключатьс отдельно и направл ют узкие лучи на зеркальный барабан 4, который разворачивает их в плоскость . С внешней и внутренней боковой поверхности стопы 2 симметрично и под углом к основанию 1 неподвижно установлены две телекамеры 6.rays that are parallel to the base 1 and form closed light traces on the surface of the foot 2. The design of the illuminator allows you to sequentially turn on one or another flat beam with numbers from 1 (bottom) to K (top). The illuminator consists of mirrors 3, mirror drum 4, rotated with. high speed electric drive, and a source of 5 horizontal beams. Source 5 is a line of semiconductor lasers with an optical system that can be connected separately and direct the narrow beams to the mirror drum 4, which turns them into a plane. From the outer and inner side of the foot 2 symmetrically and at an angle to the base 1, two television cameras 6 are fixedly mounted.

ЈJ

0000

оabout

33

со &with &

Причем оптические оси их оптических систем 7 образуют угол 2{/, вершина которого направлена к основанию I , а биссектрисса 00 перпендикул рна основанию 1 и лежит в плоскости продольного вертикального сечени стопы. Фотоприемником телекамер 6 служит матрица 8 типа ПЗС с жестким растром. ПЗС-матрицы 8 телекамер 6 соединены с блоком 9, где производитс сканирование кадра и выделение координат n, m положени светового п тна на матрице.(В предлагаемом устройстве р д световых п тен образует изображение светового следа на поверхности стопы). Выход блока 3 подключаетс к ЭВМ 10. Схема 11 управлени производит переключение световых плоскостей и подключен к ЭВМ 10.Moreover, the optical axes of their optical systems 7 form an angle 2 {/, whose apex is directed toward the base I, and the bisector 00 is perpendicular to the base 1 and lies in the plane of the longitudinal vertical section of the foot. The photodetector of cameras 6 is a CCD type 8 matrix with a hard raster. The CCD matrix 8 of camera 6 is connected to block 9, where a frame is scanned and the coordinates n, m of the position of the light spot on the matrix are selected. (In the proposed device, a series of light spots form an image of the light trace on the surface of the foot). The output of block 3 is connected to computer 10. The control circuit 11 switches the light planes and is connected to computer 10.

Измерение координат поверхности стопы и голени производ т следующим образом.The coordinates of the surface of the foot and lower leg are measured as follows.

Стопа устанавливаетс так, чтобы биссектрисса угла 2 oi проходила посередине стопы, а плоскость угла 2oi была бы перпендикул рна среднему продольно-вертикальному сечению стопы . Схема 1 1 управлени включает певый плоский луч и подает в ЭВМ сигнал в виде кода номера луча. Блок 9 определ ет координаты точек изображени следа луча. ЭВМ 10 дл кажд точки изображени по координатам этой точки на матрице 8 и по высоте луча h; определ емой его номером i а также с учетом посто нных позиций оптических систем 7, рассчитывает пространственные координаты соответствующей точки поверхности стопы. Координаты р да точек образуют горизонтальное сечение стопы, отсекаемое данным лучом. Схема 1 1 управлени выключает данный луч и включает следующий по счету луч и процесс повтор етс . Таким образом, перебирают все К лучей и на выходе ЭВМ получают координаты поверхности стопы по горизонтальным сечени м. Расчет координат точки поверхности производ т следующим образом. На фиг. 3 изображена точка С поверхности голени 2 и ее изображение на матрице 8 в виде двух проекций с координатами пит центра матрицы 8-. Изображение строитс с помощью оптической системы 7, оптическа ось которой FF0 пересекает ось OZThe foot is set so that the bisector of angle 2 oi passes in the middle of the foot, and the plane of the angle 2oi is perpendicular to the average longitudinal-vertical section of the foot. The control circuit 1-1 includes a peevy flat beam and provides the computer with a signal in the form of a beam number code. Block 9 determines the coordinates of the points in the image of the ray trace. Computer 10 for each point of the image at the coordinates of this point on the matrix 8 and at the height of the beam h; determined by its number i and also taking into account the fixed positions of the optical systems 7, it calculates the spatial coordinates of the corresponding point on the surface of the foot. The coordinates of a number of points form a horizontal section of the foot, cut off by the beam. The control circuit 1-1 turns off the beam and turns on the next beam and the process repeats. Thus, all K rays are sorted out and the coordinates of the surface of the foot are obtained by horizontal cross sections at the output of the computer. The coordinates of the surface point are calculated as follows. FIG. 3 shows point C of the surface of the lower leg 2 and its image on the matrix 8 in the form of two projections with the coordinates of the pit center of the matrix 8-. The image is constructed using an optical system 7, the optical axis of which FF0 intersects the axis OZ

под углом oi ( фиг. 1) . Точка С принадлежит световой плоскости h, перпендикул рной оси OZ, и имеет известную координату по оси Z. Также известны и, кроме того, неизменны отрезки FF0 (обозначим f);FOM (обозначим М), O F и угол ft . Известный отрезок О h, отсекаемый световой плоскостью, обозначим h. Координаты точки С - О Y определ тс как O Y 0(F - YF, гдеat an angle oi (Fig. 1). Point C belongs to the light plane h, perpendicular to the axis OZ, and has a known coordinate along the axis Z. Also known and, moreover, unchanged are the segments FF0 (denoted by f); FOM (we denote by M), O F and the angle ft. The known segment About h, cut off by the light plane, we denote by h. The coordinates of the point С - О Y are defined as O Y 0 (F - YF, where

YF - hYF - h

tg/3 tg / 3

угол р Ps + Д } , где tg (|ф) angle p Ps + D}, where tg (| f)

20 Определение координаты Y сводитс к определению tg ft ,.20 The definition of the Y coordinate is reduced to the definition of tan ft,.

t p - V p --fHiVeit p - V p - fHiVei

2525

f +f +

M«mM "m

0 Y0 y

0 F - h0 F - h

M + mM + m

Здесь переменна только величина m, а при смене светового сечени и величина h. По величине h определ ют координату X. X YF tg Д1 ,т.е . отыскание угла дает координату X, так Here, only the value of m is variable, and when the light section changes, the value of h. The value of h determines the coordinate X. X YF tg D1, i.e. finding the angle gives the x coordinate so

как величина,. М-п YF hfas a quantity, Mp YF hf

M + mM + m

уже известна.already known.

Дл определени угла используют зависимостьTo determine the angle, the dependence is used.

nn

tgjtgj

fm fm

5five

00

5five

где Fm - проекци луча Fm на ось О М. Из треугольника mm1 M наход т Fm FM - m M FM - mM-cosoi-, где только т переменна величина.where Fm is the projection of the Fm beam onto the O axis. From the mm1 M triangle, there is Fm FM - m M FM - mM-cosoi-, where only m is a variable.

Таким образом, зна величины т,п, h, можно найти координаты X, Y, Z дл любой точки С. Дл компенсации погрешностей установки камер и их оптических систем можно использовать метод таррировки.Thus, knowing the values of m, n, h, one can find the coordinates X, Y, Z for any point C. The method of calibration can be used to compensate for the errors in the installation of cameras and their optical systems.

При таррировке вместо световых плоскостей h; размещают таррировоч- ную координатную сетку, получают ее изображение на матрицах 8, привод т в соответствие избражени узлов сетки с координатами гп П; на матрице. Полученные результаты (координаты X;Y;Z;) занос т в (ПЗУ) посто нноеWhen taring instead of the light planes h; placing the calibration grid, receiving its image on the matrices 8, matching the image of the grid nodes with the coordinates rn P; on the matrix. The results obtained (coordinates X; Y; Z;) are recorded in (ROM) constant

запоминающее устройство, в котором играют роль адреса. ПЗУ при этом используетс вместо ЭВМ 10.memory device, in which they play the role of an address. The ROM is used instead of the computer 10.

На опорной плоскости 1 нанесены оси X и Y этой системы в виде перекрещивающихс линий. Дл обеспечени равных условий измерени дл всех участков стопы желательно середину стопы по длине совмещать с цент ром О. В предлагаемом устройстве это выполн етс дл стопи наибольшего размера: п тка совмещаетс с точкой О1 с помощью упора, а рассто ние равно половине наибольшей длины стопы. Результаты измерени On the reference plane 1, the X and Y axes of this system are plotted in the form of intersecting lines. To ensure equal measurement conditions for all sections of the foot, it is desirable to align the center of the foot in length with the center of O. In the proposed device, this is done for the foot of the largest size: the heel is aligned with the O1 point with the aid of a stop, and the distance is half the maximum length of the foot. Measurement results

можно представить в системе с цент . ром О путем суммировани значенииcan be represented in the system with a cent. rum o by summing the value

по координате X с величиной . При измерени х стопу ориентируют под небольшим углом (до 20 ) к оси X к внутренней стороне стопы (пунктир фиг. 1). При этом делаетс разметка опорной плоскости, а разворот стопы учитывают путем пересчета системы координат на ЭВМ. При необходимости характерные точки линии обмера стопы и их размеры могут быть получены на ЭВМ из массива данных сплошного измерени поверхности стопы и голени или с помощью интерпол ции этих данных .on coordinate X with size. When measuring, the foot is oriented at a small angle (up to 20) to the axis X to the inner side of the foot (dashed line in Fig. 1). In this case, the marking of the reference plane is made, and the rotation of the foot is taken into account by recalculating the coordinate system on the computer. If necessary, the characteristic points of the line of measurement of the foot and their dimensions can be obtained on a computer from an array of data for continuous measurement of the surface of the foot and lower leg or by interpolating this data.

Способ может быть использован дл подготовки данных, а также в качестве измерительного устройства дл The method can be used to prepare data as well as a measuring device for

807996807996

антропометрии в медицинских цел х и обувных ателье и т.д.anthropometry for medical purposes and shoe ateliers, etc.

Claims

Invention Formula

I. The method of contactless measurement of the surface of the foot and the tibia of a person, consisting in illuminating the measured surface from all sides, obtaining an image of the foot and tibia using two camera cameras, installed symmetrically at distances to the longitudinal-vertical section of the foot and tibia,

The 15 axes of the chambers are in the same plane, and the volumetric surface of the foot and lower leg is determined from the obtained images by constructing horizontal sections of the stem and lower leg, characterized in that, in order to shorten the measurement time, the foot and lower leg are illuminated with flat beams, parallel to the support plane of the foot, while

25, the optical axes of the chambers form an angle, the top of which is directed toward the supporting plane, and the plane in which they are located is perpendicular to the longitudinal-vertical section of the foot.

2. A method according to claim 1, characterized in that the step of following flat rays in height is chosen 4-5 times less in the foot zone than in the lower leg area.

; Phie. 2

Fig.Z

Compiled by V. Toporov Editor L. Zaitseva Tehred M. Khodanych I. Gorna Proofreader

Order 2602/2

Circulation 413

VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5

Subscription