DE10033828A1 - Optische Erfasung der Raumform von Körpern und Körperteilen - Google Patents
Optische Erfasung der Raumform von Körpern und KörperteilenInfo
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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 (6)
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.
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