DE20301177U1

DE20301177U1 - Einfache optische Erfassung der Raumform von Körperteilen

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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

Description

Gebrauchsmusteranmeldung

Bezeichnung: Einfache optische Erfassung der Raumform von Körperteilen

Erfinder: Prof. Dr. Ing. Robert Massen

Am Rebberg 29

78337 Öhningen
Anmelder: ist der Erfinder

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:

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

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.

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.

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.

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.

Wir beschreiben den Erfindungsgedanken beispielhaft an einer Anordnung und einem Verfahren zur 3D-Digitalisierung der Füsse von Kunden im Rahmen des Verkaufs passender Fussbekleidungen.

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.

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.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, die Kamerahalterung klappbar zu gestalten, so dass zum Transport der herausragende Arm auf die markierte Platte nach umgeklappt werden kann.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims

1. Anordnung zur kostengünstigen optischen Erfassung der Raumform von Körpern oder Körperteilen, welche mit einem eng anliegenden, mit photogrammetrisch auswertbaren Marken versehenen Überzug bekleidet sind und mit mindestens einer Kamera aus mehreren Raumpositionen aufgenommen werden, deren Bildausschnitte sich zumindest paarweise teilweise überlappen dadurch gekennzeichnet dass der zu digitalisierende Körper oder die Körperteile auf eine Vorrichtung gestellt werden, welche aus einer ebenen, Stellfläche besteht, welche zumindest teilweise mit photogrammetrisch auswertbaren Marken versehen ist, dass diese Stellfläche auf einem Sockel aufliegt, welcher auf seinem Umfang eine zumindest näherungsweise kreisförmige mechanische Führung trägt, die einen senkrechten, die Kamera tragenden Halter auf dieser Bahn um den Körper oder die Körperteile herum manuell oder motorisch so bewegt, dass das Bildfeld der Kamera den oder die zu digitalisierende Körperteile aus verschiedenen, sich teilweise überlappenden Aufnahmen erfasst sowie gleichzeitig zumindest einige der photogrammetrischen Marken der Stellfläche miterfasst und dass in vorgegebenen Umfangspositionen jeweils die Bildaufnahme ausgelöst wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Kamerahalterung oder die Kamerahalterungen ebenfalls eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen tragen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet dass die Kamera auf dem Halter zusätzlich zur Umfangspositionierung auch in vertikaler Richtung manuell oder motorisch positioniert werden kann.

4. Anordnung nach Anspruch 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass die Kamera auf dem Halter zusätzlich zur Umfangspositionierung auch in der azimutalen Winkelrichtung manuell oder motorisch positioniert werden kann.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass bei der Vorrichtung mit mehr als einer Kamera diese Kameras gleichzeitig um den oder die zu digitalisierende Körper oder Körperteile bewegt werden und so die gesamte zur Bildaufnahme erforderliche Zeit verkürzt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport und zum Verstauen der Vorrichtung der oder die Kamerahalter auf die Ebene der Stellfläche geklappt werden können.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport und zum Verstauen der Vorrichtung der oder die Kamerahalter in den Sockel eingeschoben werden können.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet dass der Sockel die motorischen Komponenten enthält, welche zur Bewegung der Kamera benötigt werden.

9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet dass der Sockel die Rechnerkomponenten enthält, welche zur Erfassung und Verarbeitung der Kamerabilder erforderlich sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet dass die Stellfläche zwei markierte Flächen enthält, welche die einzunehmende Fussposition eines stehenden Menschen kennzeichnen, dass beide Füsse mit einem eng anliegenden, mit photogrammetrisch auswertbaren Marken versehenen Socken bekleidet sind, dass mit den Rechnerkomponenten aus der Folge der aufgenommen Bilder durch eine photogrammetrische Auswertung die Raumform beider Füsse berechnet wird.

11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet dass die Stellfläche Sensoren enthält zur Messung physiologischer, anatomischer und medizinischer Grössen des erfassenden Körpers oder Körperteils eines Menschen wie z. B. Gewichtssensoren, Elektroimpedanz-Sensoren zur Bestimmung des Fettgehalts, Sensoren zur Erfassung des Pulschlages, Sensoren zur Erfassung des Fußsohlen- Druckbildes oder Temperaturverlaufs, Sensoren zur Bestimmung der Gewichtsunsymmetrie zwischen beiden Füssen.