Bezkontaktní způsob snímání povrchu lidského těla pro potřeby aplikace

Transkript

1 Bezkontaktní způsob snímání povrchu lidského těla pro potřeby aplikace

2 Zpracování přehledu aktuálního stavu bezkontaktních metod používaných při snímání lidského těla Řešení pracoviště pro bezkontaktní způsob snímání povrchu lidského těla Vypracování metodického postupu pro bezkontaktní způsob měření povrchu lidské postavy Somatometrický výzkum mladých žen kontaktním a bezkontaktním způsobem a vyhodnocení výsledků měření

3 Snímání objektů V různých odvětvích lidské činnosti se snímání rozměrů a tvaru objektů stalo důležitou činností. Můžeme se zde rozhodnout mezi dvěma základními metodami - kontaktní a bezkontaktní. Podle způsobu snímání dat se rozlišují různé druhy 3D scanerů, které nacházejí uplatnění v rozmanitých průmyslových oblastech. Ne všechny jsou uplatnitelné v oborech, kde je předmětem snímání lidské tělo, které představuje hlavní limitující faktor použité technologie.

4 Dvě cesty pro zjišťování tělesných rozměrů metody kontaktní - při nichž dochází k přímému dotyku (kontaktu) měřidla a těla měřeného probanda při použití techniky klasické antropometrie, jako antropometr, torakometr, pelvimetr, kefalometr, posuvné měřítko, dynamometr, kaliper, úhloměr, měřící páska apod. metody bezkontaktní - měření bez přímého dotyku, vycházející z optického záznamu, netradiční metoda zjišťování tělesných rozměrů

5 Metody snímání 3D objektů Triangulační metody aktivní a pasivní, 1D, 2D, 3D - technika moiré stejnosměrné mřížky, různě orientované mřížky - světelného vzoru jednobarevné a barevné osvětlení předmětu Metody optické interferometrie - měření doby letu koherentního záření (referenční a předmětová vlna) - měření doby letu modulovaného světla ( doba letu světelného paprsku od vyslání senzorem, odražení od objektu až po opětovné zachycení senzorem) Bezkontaktní snímání povrchu objektu ultrazvukovou sondou - vysílá zvukové vlny v kmitočtovém spektru nad oblastí slyšitelnosti lidského ucha Pomocí přesného měření fázového posuvu - generováním zvukové vlny a příjmem odražené vlny se dá vyhodnotit vzdálenost sondy od měřeného předmětu

6 Scanovací systémy na principu optické triangulace ke snímání celého těla strukturální světlo zdroj žárovka jde o projekci linií o určité tloušťce na tělo probanda Telmat TC 2 CAD Modelling Puls Scaning System polovodičový čárový laserový paprsek I. a II. třídy dopadem své roviny na předmět vykresluje průsečnici procházející osou rotace Cyberware TecMath Vitronic Hamano

7 Tělesné scanery pro snímání celého těla, hlavy, obličeje, končetin, nohou Puls Scanning Systém Německo TecMath Německo (snímání nohou) Vitronic Německo Cyberware USA (snímání hlavy, končetin) TC 2 - USA Hamamatsu Japonsko Hamano - Japonsko Telmat Francie Wick and Wilson Velká Británie CAD Modelling Itálie

8 Tělesný scaner firmy Cyberware model WB4 a zobrazení postavy v softwaru DigiSize

9 Scaner pro snímání hlavy, obličeje a končetin 3D-měřící systém Gscan pro snímání obličeje PRIMOS handheld - v obličejové chirurgii a)scaner pro snímání hlavy b) scaner pro snímání končetin s otočným podstavcem firma Cyberware

10 Scaner firmy TECMATH 3D scaner PEDUS pro snímání nohou

11 Virtuální zkoušecí systém 3D Virtual-try-on pro oční optiku Scaner se používá při prodeji brýlí v oční optice

12 3D světelné snímací systémy dostupné na trhu a jejich výrobci SVĚTELNÉ SNÍMACÍ SYSTÉMY Stínové snímací systémy Moaré snímací systémy Ostatní světelné snímací systémy Loughborough University Velká Británie LASS Wicks and Wilson Velká Británie TriForm BodyScan, TriForm3 (Torso Scan) Puls Scanning System Německo Puls Scanning System SS s použitím bílého strukturovaného světla Hongkong Polytechnic University Shadow moire body Scanning system CAD modelling Itálie Scanfit [TC] 2 USA 2T4,3T6 LED/PSD snímací systémy (Light Emitting Diodes, Position Sensitive Detector) CogniTens USA Optigo 200 OptiCell TELMAT Francie Symcad 3D Virtual model Hamamatsu Japonsko BL Scanner Dimension 3D-System Německo 3D Scan Station Body InSpeck Kanada 3D Full Body 3D Half Body Eyetronics Belgie BScan-S

13 3D laserové, fotogrammetrické a ostatní snímací systémy dostupné na trhu a jejich výrobci LASEROVÉ SNÍMACÍ SYSTÉMY FOTOGRAMMETRICKÉ SNÍMACÍ SYSTÉMY OSTATNÍ SNÍMACÍ SYSTÉMY Společnost Výrobek Společnost Výrobek Společnost Výrobek Cyberware USA WBX, WB4 3Q Technologies USA QloneratorPRO 1000 Immersion USA MicroScribe TecMath Německo Ramsis, Contour, Vitus Pro, Vitus Smart Univerzita Glasgow (3-D MATIC/Faraday) Velká Británie C3D Faro Technologies USA Faro Gage Faro Arm Laser Tracker Vitronic Německo VITUS/smart 3D PEDUS foot scanner 3D Scanners Velká Británie Replica, Model Maker, Reversa Hamano Japonsko Voxelan Polhemus USA Fastscan

14 Měření povrchu lidského těla na systému MaNescan Metoda založená na cylindrickém souřadnicovém systému 2D aktivní triangulace - znamená označení povrchu objektu světelným pruhem Aktivní je zdroj světla světelný pruh Aktivní triangulační metodu lze obecně matematicky popsat na základě znalosti všech vnitřních i vnějších parametrů kamery

15 Systém MaNescan pro bezkontaktní snímání povrchu lidského těla Rotační podstavec bez a s anatomickými holami Kalibrační předmět Ramenový stojan Laser pro nasvícení povrchu těla polovodičový čárový laserový modul IMM-1255L K (LAS63/01- Linie) Fotoaparát snímač obrazu Nikon COOLPIX 4500 Velikost obrazu 1600x1200 bodů

16 Sestavení systému MaNescan pro snímání povrchu lidského těla

17 Systém MaNescan

18 Princip metody uplatněné při snímání povrchu lidského těla Při rekonstrukci se pracuje s rotačním podstavcem, proto je vhodné vyjádřit jednotlivé body měřeného objektu v cylindrických (válcových) souřadnicích r arctg x y r x 2 y 2 x = r.sin y = r.cos z = z Vektor r má tři skalární složky x, y, z

19 Podmínky scanování Nastavení laseru, fotoaparátu a osy rotačního podstavce svírá takový úhel, aby nasvícení laserovým pruhem bylo viditelné na snímané postavě pokud možno po celou dobu snímání. Fotoaparát je nastaven tak, aby se do zorného pole vešel člověk. Důležitým momentem je nastavení fotoaparátu pro práci ve tmě. Otáčky rotačního podstavce jsou seřízeny po 9 stupních v rozsahu stupňů. Kalibrační předmět je umístěn na osu otáčení rotačního podstavce, kolmo k rovině laseru.

20 Scanování 3D povrchu lidského těla Pořízení kalibračních snímků je provedeno ve čtyřech krocích, pro r1=0, r2=100mm, r3=200 mm, r=300 mm. Snímky jsou pořízeny za světla a za tmy Proband oděn v prádle si nasadí ochranné brýle a postaví doprostřed na rotační podstavec tak, aby laserový paprsek procházel vertikálně středem zad. Zaujme postoj s mírným rozkročením, pažemi ohnutými v lokti a rukama opřenýma v bocích Pořizování snímků jednotlivých scanů snímané postavy po každém pootočení rotačního podstavce o 9 stupňů v temné místnosti provádí obsluha celého zařízení

21 Scanování povrchu lidského těla Snímky jednotlivých scanů představují profily řezů objektu, přičemž každý z nich představuje profil pohledu pod jiným úhlem. Ukázka jednoho snímku scanované linie

22 Výpočet souřadnic bodů scanovaných linií Poloautomaticky - Matlab, Excel Automaticky MiT_MaNescan Výsledek souřadnice x, y, z Import dat do 3D CAD systému CATIA P3 V5R14