DE20301177U1

DE20301177U1 - Photogrammetric foot measurement unit has integrated camera track

Info

Publication number: DE20301177U1
Application number: DE20301177U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: corpuse AG
Priority date: 2003-01-25
Filing date: 2003-01-25
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2013-01-26

Abstract

A photogrammetric foot measurement unit records a grid (4) on a tight sock for a foot (1) on a photogrammetrically marked (2) plate (3) with a retractable vertically steerable camera (8) and light (9) moving around a track (6) with image processor in the base (5). Includes an INDEPENDENT CLAIM for fat, pulse, pressure, temperature and weight sensors in the base.

Description

GebrauchsmusteranmeldungUtility model application

Bezeichnung: Einfache optische Erfassung der Raumform von KörperteilenDescription: Simple optical detection of the spatial shape of body parts

Erfinder: Prof. Dr. Ing. Robert MassenInventor: Prof. Dr. Ing. Robert Massen

Am Rebberg 29Am Rebberg 29

78337 Öhningen
Anmelder: ist der Erfinder78337 Oehningen
Applicant: is the inventor

Die Erfassung der Raumform, d.h. der 3-dimensionalen Koordinaten der Oberfläche von Körpern und Körperteilen wie dem menschlichen Rumpf, der Beinpartien, der Füsse usw. zur Auswahl passender Bekleidungen, orthopädischer oder sportlicher Artikel oder zur maßgenauen Herstellung dieser Produkte, zur Gewinnung anatomisch und medizinisch interessierende Daten geschieht heute mit relativ aufwendigen optischen 3D-Scanner, welche üblicherweise auf der Grundlage der Lasertriangulation, der Streifenprojektion oder der Nahbereichs-Photogrammetrie arbeiten. Eine besonders kostengünstige Anordnung eines solchen Scanners ist der sog. &ldquor;MagicalSkin Scanner" der Fa. corpus, e AG, Stuttgart (www.corpus-e.com). Hierbei wird der zu digitalisierende Körperteil mit einem speziell markierten elastischen, eng anliegenden Überzug bekleidet und mit einer üblichen Digitalkamera freihändig und aus mehreren sich überlappenden Ansichten photographiert. Die photogrammetrische Registrierung, d.h. die Zuordnung korrespondierender Marken aus den einzelnen Bilder erfolgt anhand der speziellem Codierung dieser Marken sowie einer ebenfalls markierten Bodenplatte, aufweicher der zu digitalisierende Kunde steht. Dieses Verfahren ist in einer Reihe von erteilten Patenten und Patentanmeldung beschrieben, so z.B. in dem grundlegenden Patent:The recording of the spatial shape, i.e. the 3-dimensional coordinates of the surface of bodies and body parts such as the human torso, the legs, the feet, etc., for the selection of suitable clothing, orthopedic or sports items or for the precise production of these products, for the acquisition of anatomically and medically interesting data, is now done with relatively complex optical 3D scanners, which usually work on the basis of laser triangulation, strip projection or close-range photogrammetry. A particularly cost-effective arrangement of such a scanner is the so-called "MagicalSkin Scanner" from corpus, e AG, Stuttgart (www.corpus-e.com). The body part to be digitized is covered with a specially marked, elastic, tight-fitting cover and photographed freehand with a standard digital camera from several overlapping views. The photogrammetric registration, i.e. the allocation of corresponding marks from the individual images, is carried out using the special coding of these marks and a base plate that is also marked and on which the customer to be digitized stands. This process is described in a number of granted patents and patent applications, for example in the basic patent:

EP 0 760 622 : Digital Sensing Process and arrangement for the 3-dimensional shape in space of bodies and body parts (Erfinder: Robert Massen)EP 0 760 622: Digital Sensing Process and arrangement for the 3-dimensional shape in space of bodies and body parts (Inventor: Robert Massen)

Die freihändige Positionierung der Digitalkamera um den aufrecht stehenden Kunden herum fuhrt zu einer extrem kostengünstigen Lösung, da keinerlei mechanische Aufbauten, Stative oder kalibrierte Anordnungen von Beleuchtung und Kameras erforderlich sind. Sie erfordert aber eine gewisse Übung in der Handhabung der Kamera, damit sich die einzelnen BiIdaufhahmen ausreichend überlappen und die Bildfelder einigermassen vollständig das zu fotographierende Körperteil erfassen. Diese Übung ist insbesondere bei Geschäften mit stark wechselndem Personal nicht immer vorhanden. Die falsche Handhabung der Kamera kann zu falschen, d.h. nicht korrekt auswertbaren Aufnahmen fuhren. Es wäre daher sowohl ein technischer als auch ein wirtschaftlicher Vorteil, wenn unter Beibehaltung der Vorteile dieses extrem kostengünstigen Digitalisierprinzips die Bewegung der Kamera in die verschiedenen, nur ungefähr im Raum definierten Aufnahmepositionen unabhängig von der Geschicklichkeit des Bedienungspersonals durchgeführt werden könnte.The free-hand positioning of the digital camera around the upright customer is an extremely cost-effective solution, as no mechanical structures, tripods or calibrated arrangements of lighting and cameras are required. However, it does require a certain amount of practice in handling the camera so that the individual images overlap sufficiently and the image fields capture the body part to be photographed fairly completely. This practice is not always available, particularly in shops with a high turnover of staff. Incorrect handling of the camera can lead to incorrect images, i.e. images that cannot be correctly evaluated. It would therefore be both a technical and an economic advantage if, while retaining the advantages of this extremely cost-effective digitization principle, the camera could be moved to the various, only roughly defined, recording positions in space independently of the skill of the operating staff.

In dem og. Patent wird u.a. eine Anordnung von mehreren fest im Raum positionierten Kameras zur photographischen Aufnahme des Körperteils beschrieben, wobei hierbei als Vorteil die zeitgleiche Aufnahme und die damit kurze Scanzeit erwähnt wird. Dieser Vorteil wird allerdings durch die Kosten der zahlreichen benötigten Kameras, deren Halterung , Verbindungen zum Auswerterechner usw. erkauft.The above-mentioned patent describes, among other things, an arrangement of several cameras positioned in a room for photographing the body part, with the simultaneous recording and the resulting short scanning time being mentioned as an advantage. However, this advantage is offset by the cost of the numerous cameras required, their mounting, connections to the evaluation computer, etc.

Es ist auch bekannt, bei optischen Streifenprojektionssystemen oder Systemen, welche die Silhouette des menschlichen Körpers unter mehreren Ansichten erfassen, den zu digitalisierenden Körper auf eine Drehplatte zu stellen und motorisch in die verschiedenen Aufnahmepositionen zu drehen. Auch dieser Ansatz ist aufwendig, da diese Mechanik das gesamte Körpergewicht tragen muss. Es ist insbesondere auch für ältere Kunden unangenehm, da sie aufrecht und unbeweglich stehen müssen, ohne sich während der motorischen Drehung festhalten zu können.It is also known that in optical strip projection systems or systems that capture the silhouette of the human body from multiple perspectives, the body to be digitized is placed on a rotating plate and rotated by motor into the various recording positions. This approach is also complex, as this mechanism has to bear the entire body weight. It is particularly uncomfortable for older customers, as they have to stand upright and immobile without being able to hold on during the motor rotation.

Es besteht daher ein technisches und wirtschaftliches Interesse daran, über ein kostengünstiges Digitalisiersystem nach Art des MagicalSkin zu verfügen, bei welchem die einzelnen, sich überlappenden Aufnahmen auch durch ein ungeübtes Personal sicher durchgeführt werden können , bei dem der gesamte Körper des Kunden nicht in die einzelnen Aufnahmepositionen bewegt werden muss und bei dem die Kosten des gesamten Systems sehr niedrig bleiben.There is therefore a technical and economic interest in having a cost-effective digitizing system like the MagicalSkin, where the individual, overlapping images can be safely taken even by untrained personnel, where the customer's entire body does not have to be moved into the individual recording positions and where the costs of the entire system remain very low.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine oder mehrere Kameras mechanisch auf einer zumindest annähernd kreisförmigen oder elliptischen, nur mit mäßiger Genauigkeit festgelegten Raumbahn um den Körper und/oder die Körperteile herum bewegt wird oder werden, dass beim Erreichen der einzelnen Aufnahmepositionen eine Bildaufnahme erfolgt, welche sowohl das oder die Körperteile als auch mindestens einige der sich im Bildfeld befindlichen Referenzmarken aufnimmt, und dass diese photographischen Aufnahmen mit Verfahren der Photogrammetrie und der digitalen Bildverarbeitung und Mustererkennung ausgewertet werden so dass trotz der ungenauen Aufnahmepositionen genaue Raumkoordinaten der aufgenommenen Körper oder Körperteile bestimmt werden.This is achieved according to the invention in that one or more cameras are moved mechanically around the body and/or the body parts on an at least approximately circular or elliptical spatial path that is only defined with moderate accuracy, that when the individual recording positions are reached, an image is taken which records both the body part or parts and at least some of the reference marks located in the image field, and that these photographic images are evaluated using photogrammetry and digital image processing and pattern recognition methods so that, despite the inaccurate recording positions, precise spatial coordinates of the recorded bodies or body parts are determined.

Wir beschreiben den Erfindungsgedanken beispielhaft an einer Anordnung und einem Verfahren zur 3D-Digitalisierung der Füsse von Kunden im Rahmen des Verkaufs passender Fussbekleidungen.We describe the inventive concept using an example arrangement and method for 3D digitization of customers' feet in the context of the sale of suitable footwear.

Wie Fig. 1 in einer Ansicht von vorne und von oben zeigt, steht der Kunde -1- aufrecht auf einer mit photogrammetrisch auswertbaren Marken -2- versehenen Platte -3- und trägt zwei elastische, eng anliegende Strümpfe -4-, welche mit kontrastreichen Marken versehen sind. Die Platte befindet sich auf einem flachen, kreisförmigen Podest -5-, entlang dessen Umfanges eine umlaufende Linearführung -6- verläuft. In dieser Linearführung wird ein senkrechter Arm -7- bewegt, welcher eine Kamera -8- und eine Beleuchtung -9- trägt. Diese Arm wird motorisch so bewegt, dass sich die Kamera kreisförmig um die beiden Füsse/Unterschenkel Partien des Kunden bewegt und es werden in typ. acht bis zwölf Positionen Aufnahmen der Fuss/Bein-Partien einschließlich zumindest einiger Marken der Bodenplatte erstellt.As Fig. 1 shows in a view from the front and from above, the customer -1- is standing upright on a plate -3- provided with photogrammetrically evaluable marks -2- and is wearing two elastic, tight-fitting stockings -4- which are provided with high-contrast marks. The plate is located on a flat, circular platform -5-, along the circumference of which runs a circumferential linear guide -6-. A vertical arm -7- which carries a camera -8- and lighting -9- is moved in this linear guide. This arm is moved by a motor in such a way that the camera moves in a circle around the customer's two feet/lower leg sections and images of the foot/leg sections, including at least some of the marks on the base plate, are taken in typically eight to twelve positions.

Da die photogrammetrische Auswertung dieser sich überlappender Aufnahmen die Raumposition der einzelnen Kamerapositionen zurück berechnet, kann die Genauigkeit der mechanischen Kameraführung und der einzelnen Aufnahmepositionen sehr gering sein. Damit kann die gesamte Mechanik einfach, leicht und kostengünstig konstruiert sein. Sie darf sich durchaus unter dem Einfluss des Körpergewichts, von Temperaturschwankungen oder sonstigen Einflüssen verformen, ohne dass darunter die Messgenauigkeit leidet.Since the photogrammetric evaluation of these overlapping images calculates the spatial position of the individual camera positions, the accuracy of the mechanical camera movement and the individual recording positions can be very low. This means that the entire mechanism can be constructed in a simple, lightweight and cost-effective manner. It can certainly deform under the influence of body weight, temperature fluctuations or other influences without the measurement accuracy suffering.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, die Kamerahalterung klappbar zu gestalten, so dass zum Transport der herausragende Arm auf die markierte Platte nach umgeklappt werden kann.Another inventive idea is to make the camera mount foldable so that the protruding arm can be folded down onto the marked plate for transport.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, die Kamera auf einer elliptischen Bahn um die zu digitalisierenden Körperteile herum zu fahren. Dies hat insbesondere bei der Aufnahme der Fuss/Bein Partie einer stehenden Person den Vorteil, dass die Abstände von Kamera zu Bein/Fuss in etwa konstant sind.Another inventive idea is to move the camera on an elliptical path around the body parts to be digitized. This has the advantage, especially when recording the foot/leg area of a standing person, that the distances from the camera to the leg/foot are more or less constant.

Die Drehbewegung des Kameraarms kann durch einen elektrischen Antrieb oder aber auch durch einen mechanischen Antrieb erfolgen. Da das Gewicht der Kamera und Beleuchtung sehr gering sind, werden hierzu keine grossen Kräfte benötigt.The rotation of the camera arm can be carried out by an electric drive or by a mechanical drive. Since the weight of the camera and lighting is very low, no great forces are required.

Ein weiterer Erfindungsgedanken ist es, gleichzeitig auf der Kreisbahn mehrere Kameras zu fuhren, um die Anzahl der Aufnahmepositionen und damit auch die Aufnahmezeit zu verringern.Another inventive idea is to move several cameras on the circular path at the same time in order to reduce the number of recording positions and thus also the recording time.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, dass auf dem Kamerahalter mehrere Kameras so angebracht sind, dass jede ein anderes Bildfeld mit den gleichen oder mit unterschiedlichen Bildfeldgrössen abdeckt.Another inventive idea is that several cameras are mounted on the camera holder in such a way that each covers a different image field with the same or different image field sizes.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, dass zur optischen Erfassung eines vertikalen Bereiches, welcher grosser ist als der aus einer Kameraposition erfassbare, die Kamera kreisförmig um den Kunden in unterschiedlichen Höhen, bezogen auf die Bodenplatte, die Fuss/Bein Partie aufnimmt. Hierzu wird der Kameraarm mit einer zusätzlichen vertikalen Linearfuhrung versehen und die Kamera in unterschiedliche vertikale Positionen positioniert. Alternativ kann erfindungsgemäß die Kamera in verschiedene Winkelstellungen gebracht werden.Another inventive idea is that, in order to optically capture a vertical area that is larger than that which can be captured from one camera position, the camera records the foot/leg area in a circle around the customer at different heights in relation to the base plate. To do this, the camera arm is provided with an additional vertical linear guide and the camera is positioned in different vertical positions. Alternatively, the camera can be placed in different angular positions according to the invention.

Alle diesen erfindungsgemäßen Varianten ist gemeinsam, dass sie mit wenig technischem Aufwand realisiert werden können, da wie bereits oben erwähnt die Kenntnis der genauen Raumposition nicht erforderlich ist.What all of these variants according to the invention have in common is that they can be implemented with little technical effort, since, as already mentioned above, knowledge of the exact spatial position is not required.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, dass innerhalb der Platte, aufweichen der Kunde steht, Sensoren zur Erfassung physikalischer Grossen wie Fussdruckmeßfelder, Gewichtsmessfelder, Sensoren zur elektroimpedanz-technischen Bestimmung des Körperfettgehaltes und ähnliche, dem Fachmann der Orthopädie und der Medizin bekannte Sensoren angebracht sind. Damit können gleichzeitig zur Digitalisierung der Bein/Fusspartie wichtige anatomische und physiologische Daten des Patienten erfasst werden, welche bei der Auswahl bzw. Maßanfertigung einer Fußbekleidung mit berücksichtigt werden müssen.Another inventive idea is that sensors for recording physical quantities such as foot pressure measuring fields, weight measuring fields, sensors for determining body fat content using electro-impedance technology and similar sensors known to orthopedic and medical experts are installed inside the plate on which the customer stands. This means that important anatomical and physiological data of the patient can be recorded at the same time as digitizing the leg/foot area, which must also be taken into account when selecting or making custom-made footwear.

Die beschriebene Anwendung der Fuß/Bein Digitalisierung ist beispielhaft zu verstehen. Der Erfindungsgedanke deckt auch die Digitalisierung anderer Körperpartien wie z.B. den Rumpf ab. Es ist für den Fachmann ein leichtes, die mechanische Anordnung der Kamera und die zu deren Bewegung erforderliche Führungen und Antrieben entsprechend zu gestalten.The application of foot/leg digitization described is to be understood as an example. The inventive concept also covers the digitization of other parts of the body, such as the torso. It is easy for the expert to design the mechanical arrangement of the camera and the guides and drives required for its movement accordingly.

Claims

1. Arrangement for the cost-effective optical recording of the spatial shape of bodies or body parts which are covered with a tight-fitting cover provided with photogrammetrically evaluable marks and are recorded with at least one camera from several spatial positions, the image sections of which partially overlap at least in pairs , characterized in that the body or body parts to be digitized are placed on a device which consists of a flat, standing surface which is at least partially provided with photogrammetrically evaluable marks, that this standing surface rests on a base which has an at least approximately circular mechanical guide on its circumference, which moves a vertical holder carrying the camera on this path around the body or body parts manually or by motor in such a way that the image field of the camera records the body part or parts to be digitized from different, partially overlapping images and at the same time records at least some of the photogrammetric marks of the standing surface and that the image recording is triggered in predetermined circumferential positions.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the camera holder or the camera holders also carry one or more lighting devices.

3. Arrangement according to claim 1 to 2, characterized in that the camera on the holder can be positioned manually or by motor in addition to the circumferential positioning also in the vertical direction.

4. Arrangement according to claim 2 to 3, characterized in that the camera on the holder can be positioned manually or by motor in addition to the circumferential positioning also in the azimuthal angular direction.

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that in the device with more than one camera, these cameras are moved simultaneously around the body or body parts to be digitized and thus the total time required for image recording is shortened.

6. Arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that for transport and storage of the device the camera holder(s) can be folded to the level of the support surface.

7. Arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that for transport and storage of the device the camera holder(s) can be inserted into the base.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the base contains the motor components which are required for moving the camera.

9. Arrangement according to claims 1 to 7, characterized in that the base contains the computer components which are required for capturing and processing the camera images.

10. Arrangement according to claims 1 to 9, characterized in that the support surface contains two marked areas which indicate the foot position to be assumed by a standing person, that both feet are dressed in tight-fitting socks provided with photogrammetrically evaluable marks, that the spatial shape of both feet is calculated with the computer components from the sequence of the recorded images by means of a photogrammetric evaluation.

11. Arrangement according to claims 1 to 10, characterized in that the support surface contains sensors for measuring physiological, anatomical and medical variables of the detected body or body part of a person, such as weight sensors, electrical impedance sensors for determining the fat content, sensors for detecting the pulse rate, sensors for detecting the pressure image of the sole of the foot or temperature profile, sensors for determining the weight asymmetry between both feet.