DE10033828A1

DE10033828A1 - Optische Erfasung der Raumform von Körpern und Körperteilen

Info

Publication number: DE10033828A1
Application number: DE10033828A
Authority: DE
Inventors: Robert Massen
Original assignee: Individual
Current assignee: corpuse AG
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-01-31
Also published as: US7209586B2; WO2002006768A1; US20030142863A1; JP2004504587A; EP1301753A1

Abstract

Zur Erfassung der Raumform von Körpern, Körperteilen und Objekten werden diese in ein plastisches Abdruckmaterial gedrückt, welches sich entsprechend der Raumform verformt. Das Abdruckmaterial ist erfindungsgemäß durch photogrammetrisch auswertbare Marken gekennzeichnet. Der verformte Abdruck wird aus mehreren Aufnahmepositionen so aufgenommen, dass sich überlappende Bilder ergeben. Aus diesen Bildern werden mit Verfahren der Photogrammetrie die 3-D-Koordinaten der Marken ermittelt.

Description

Die Erfassung der 3-dimensionalen Raumform von Körpern und Körperteilen ist eine wichtige Vorstufe zur Produktion und zur Auswahl von an den Körpern angepassten Produkten wie Schuhe, Fußbett, Prothesen und Orthesen, Passform genaue Bekleidung usw. Es ist bekannt, Körperteile optisch mit Lasertriangulationsverfahren, mit Verfahren der Streifenprojektion, durch optische Erfassung einer Sequenz von Silhouettumrissen zu erfassen. Im Gegensatz zu diesen relativ aufwendigen, weil mechanisch und optisch genau aufgebauten und kalibrierten Systemen ist aus dem Patent EP 0 760 622 "Verfahren und Anordnung zur dreidimensionalen Erfassung der Raumform von Körpern oder Körperteilen" eine sehr einfache Lösung bekannt, welcher auf der photogrammetrischen Auswertung von Bildern des Körperteils beruht, welche aus unkalibrierten Aufnahmepositionen erstellt werden. Das Körperteil wird hierzu mit einem elastischen Überzug bekleidet, welcher photogrammetrisch auswertbare Marken trägt.

Aus der Patentanmeldung Dpa 100 25 922.7 "Automatische photogrammetrische Digitalisierung von Körpern und Objekten" ist ausserdem bekannt, wie durch eine spezielle Markierung des Hintergrundes dieser Marken die Referenzierung der Marken, d. h. die paarweise Zuordnung gleicher Marken in den verschiedenen, sich überlappenden Aufnahmen automatisiert werden kann..

Alle diese genannten Verfahren digitalisieren den unbelasteten Körper. Insebsondere bei weichem Gewebe ist aber die Raumform des betasteten Körpers sehr unterschiedlich zur Raumform des belasteten Körpers.

Zahlreiche an den Körper anzupassenden Produkte wie ein Fußbett, eine anatomisch angepasste Sitzform u. a. benötigen nicht die Raumkoordinaten des unbelasteten und unverformten Körperteils, sondern des Körperteils unter Last verformten Körperteils. Bei der Vermessung der Fußsohle zu Herstellung einer passenden Einlage oder eines angepassten Fussbetts wird daher traditionell so vorgegangen, dass die Person den Fuss in eine plastisch verformbare Masse stellt und aus dieser verformten Masse mit klassischen Abformverfahren ein Abdruck gewonnen wird, welcher die Ausgangslage für die Anfertigung der Einlage bildet. Dies ist ein umständlicher, langwieriger und kostspieliger Prozess, welcher durch eine automatische Digitalisierung der Fusssohle unter Last erheblich verbessert werden könnte.

Erfindungsgemäß wird die optische Erfassung der Raumform eines durch ein Körperteil belasteten und verformten Abdruckmaterials dadurch erreicht, dass das verformbare Abdruckmaterial durch kontrastreiche, photogrammetrisch auswertbare Marken gekennzeichnet ist. Insbesondere können erfindungsgemäss diese Markierungen durch andersfarbige Einschlüsse oder andersfarbige lokale Einfärbungen des Abdruckmaterials gebildet sein.. Durch die Erfassung einer Reihe sich überlappennder 2D Bilder aus unbekannten Aufnahmepositionen der verformten und mit markierten Abdruckmasse kann mit bekannten Verfahren der Photogrammetrie aus diesen 2D-Bilder die drei-dimensionale Raumform des Abdrucks und damit die Raumform des unter Belastung verformeten Körperteils einfach ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei beispielhaft an einer typischen Anwendung, der Erfassung der Fussohle unter Last zur Herstellung eines anatomisch passenden Fussbettes erklärt werden.. Dieses Beispiel ist keineswegs einschränkend zu sehen. Die Erfassung eines 3D Abdrucks des Gesässes zur Herstellung anatomisch passender Sitzflächen ist ein anderes Beispiel, wo die Erfassung der durch Belastung verformten 3D Geometrie wichtig ist. Der Begriff "Körper" ist im Rahmen des Erfindungsgedanken keineswegs nur auf menschliche oder animalische Körper begrenzt sondern betrifft auch physikalische Körper wie z. B. mechanische Modelle, antike Statuen o. ä. dreidimensionale Raumformen.

Zur beispielhaften Erklärung werden folgende Abbildungen verwendet:

Fig. 1 zeigt eine markierte plastische Abdruckmasse in einem Abdruckrahmen, mit welchem ein Abdruck der Fusssohle unter Last hergestellt wird

Fig. 2 zeigt beispielhaft, wie aus unbekannten Kamerapositionen eine Reihe von sich überlappenden 2D-Bildern gewonnen werden, welche die Marken und ihre Position bezüglich der 2D Koordinaten dieser Bilder emthalten

Fig. 3 zeigt beispielhaft, wie aus diesen Bildern die 3-dimensionalen XYZ Koordinaten der Marken im plastischen Abdruck ermittelt werden

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird in einem Rahmen -1- eine verformbare plastische Masse gehalten, in welchen der Kunde seinen Fuss -2- unter Last aufsetzt. Diese Masse besteht aus einem einfarbigen Grundmaterial in welches eine Reihe photogrammetrisch auswertbarer, zum Hintergrund kontrastierenden Marken -3- eingelassen sind. Dies kann durch Einfügen andersfarbiger, z. B. zylindrischer Stifte des gleichen verfrombaren Materials in die Grundmasse geschehen. Erfindungsgemäss kann zur einfachen photogrammetrischen Auswertung auch der Hintergrund um diese Marken herum durch andersfarbige Zonen gekennzeichnet werden. Durch die Last des aufgesetzten Fusses verformt sich die Abdruckmasse. Entsprechend verschieben sich auch die sichtbaren Marken sowohl lateral als auch in der Tiefe. Durch Aufnahme des verformten Abdrucks aus einer Reihe sich überlappender Aufnahmepositionen wird wie in Fig. 2 dargestellt eine Anzahl von 2D Bildenr ermittelt, in denen diem Marken unterschiedliche XY-Positionen aufnehmen. Es ist dem Fachmann der Photogrammetrie und der Nahbereichs-Photogrammetrie bekannt, wie diese Bilder zur Gewinnung der 3D Koordinaten auszuwerten sind. Fig. 3 zeigt beispielhaft die Pseudo-3D Darstellung der Marken, welche die 3D Form des Fussbettes wiedergeben und damit die automatische Herstellung eines Fußbettes z. B. mit einer 3-Achsen Fräse erlauben.

Erfindungsgemäss kann das Abdruckmaterial auch dadurch photogrammetrisch auswertbar markiert werden, indem es wie in EP 0 760 622 beschrieben, vor der Belastung durch einen markierten elastischen Überzug abgedeckt wird. Dieser Überzug soll vorzugsweise an dem Abdruckmaterial haften, sodass die Verformung der Masse sich möglichst genau auf die Verformung des elastischen Überzugs überträgt. Durch Verwendung eines solchen Überzugs lässt sich das Problem der Hygiene lösen welches beim direketn Hautkontakt zur Abdruckmasse entsteht. Als Wegwerf-Artikel vermeidet dieser Überzug die Notwendigkeit der kostenspieligen Desinfektion des Abdruckmaterials nach jedem Gebrauch.

Das erfindunsgemässe Verfahren auf viele andere Abdruckanwendungen übertragen, von denen nur einige beispielhaft aufgezählt werden:

a) die Herstellung anatomisch passender Sitzflächen durch Verwendung einer markierten plastische flachen Massen, in welche sich der Kunde hineinsetzt und so einen Abdruck des durch Belastung verformten Gesässes hinterlässt
b) die Herstellung von im Nasenbereich passender Brillengestelle durch Abdruck der Nasenwurzelpartie mit einem erfindungsgemäss markierten Abdruckmaterial
c) die Herstellung von Kopien antiker Gegenstände durch Herstellung eines Abdrucks in einem erfindungsgemäss markierten plastischen Material.

Die Übertragung auf sinngemässe Anwendungen ist Gegenstand des Erfindungsgedanken.

Claims

1. Vefahren zur Erfassung der dreidimensionalen Raumform von Körpern, Körperteilen und Objekten, dadurch gekennzeichnet dass der zu erfassende Körper in eine plastisch verformbare Masse so eingedrückt wird, dass dieses Material sich entsprechend der zu erfassenden, belasteten Raumform verformt, dass das verformbare Abdruckmaterial mit kontrastreichen, photogrammetrisch auswertbaren Marken versehen ist, dass aus einer Reihe von sich überlappenden Aufnahmepositionen Bilder dieser markierten Abdruckmasse erstellt werden und dass aus diesen Bildern mit Hilfe photogrammetrischer Verfahren die 3D Koordinaten dieser Marken gewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung des Abdruckmaterials durch andersfarbige Einschlüsse geschieht

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch lokale Einfärbung der der Abdruckmasse geschieht

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung des Abdruckmaterials durch Überziehen mit einem elastischen, haftenden markierten Überzug geschieht

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Marken und/oder der Hintergrund zwischen den Marken so gekennzeichnet ist, dass eine automatische Referenzierung der Marken aus sich paarweise überlappenden Bildern mit Verfahren der 2D Bildverarbeitung ermöglicht wird.

6. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch kennzeichnet dass in einer Form ein plastisches, mit photogrammetrischen Marken versehenes Abdruckmaterial gehalten wird, dass der zu digitalisierende Körper, Körperteil oder Objekt so in das Abdruckmaterial gedrückt wird, dass es einen der zu digitalisierenden Raumform entsprechenden Abdruck hinterlässt, dass mit einer oder mehreren Kameras aus verschiedenen Raumpositionen sich überlappende Bildaufnahmen des Abdrucks erstellt werden, dass die Kamerabilder digitalisiert und in einen Rechner übertragen werden und dass auf dem Rechner mit photogrammetrischen Verfahren die 3D Koordinaten der Marken im Abruckmaterial ermittelt werden.