Snímání skenování povrchu lidského těla nebo jeho částí

Transkript

1 Snímání skenování povrchu lidského těla nebo jeho částí Ing. Mgr. Marie Nejedlá, Ph. D.

2 Bezkontaktní snímání povrchu lidského těla Bezkontaktní metody lze charakterizovat jako takové, kterými lze provést měření bez přímého dotyku (kontaktu) snímače a těla měřeného probanta. Existuje zde několik různých technik vycházejících jednak z fotogrammetrie a jednak z úplného stereoskopického znázornění celého povrchu těla.

3 Technologie snímání povrchu lidského těla Fotogrammetrie - využívá jednoho fotoaparátu Stereofogrammetrie využívá dva fotoaparáty Podstatou fotogrammetrie je, že jsou pořízeny snímky probanda ze tří pohledů zepředu, zboku a zezadu. Měření se neprovádí na samotné postavě, ale na pořízených snímcích Proměřování lze provést v laboratořích, v klidném a moderním pracovním prostředí. Snímky mají významnou hodnotu dokumentární, měření lze kdykoliv doplňovat, ověřovat, rozšiřovat o nové poznatky.

4 Technologie snímání lidského těla Optická 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) Měření doby letu modulovaného světla - vzdálenost bodu na povrchu objektu respektive jeho z-ovou souřadnici lze stanovit z doby letu světelného paprsku od času jeho vyslání světelným zdrojem, odražení od snímaného objektu až po jeho zachycení senzorem. Rentgen - Computer Tomography CT - přesně zachytí i tvary uvnitř tělesa. Ultrazvuková sonda - 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

5 Fotogrammetrická metoda Polsko se v roce 1968 zmiňuje o fotogrammetrické metodě, která dává přehled o tvarech a rozměrech částí lidského těla. Fotografovaná osoba může být ustavena dvěma různými způsoby. 1. Osoba je postavena do rámu dveří tak, aby plocha stěny a zárubní byla v zákrytu se středovou osou těla. Na jedné straně svislého rámu dveří jsou označeny dva orientační body ve vzdálenosti 190 cm. 2. Za účelem vyhotovení fotografie je třeba použít předem zhotovené mřížky na bláně diapozitivu, s uvedeným měřítkem, podle které jedna strana čtverce mřížky odpovídá jednomu centimetru ve skutečnosti.

6 Stereofotogrammetrická metoda První stereofotogrammetrické snímání pro antropometrické výzkumy bylo provedeno v Německu a v Sovětském svazu v 60. letech Ruské zdroje z roku 1979 uvádí princip stereofotogrammetrického snímání postavy člověka na speciálním stojanu. Schéma uspořádání pro stereofotogrammetrické snímání postavy I. 1-snímací kamery, 2-otočná platforma, 3-číselná stupnice, 4-ochranná stěna 5,6-osvětlení Schéma uspořádání pro stereofotogrammetrické snímání postavy II. 1- osvětlení, 2 kamery, 3 číselná stupnice

7 Stereofotogrammetrická metoda Člověk je umístěn na stojan s otočnou platformou a vhodně osvětlen. Za stojanem je bílá stěna s číselnou stupnicí. Sledovaný objekt je fotografován z různých bodů dvěma kamerami, které jsou umístěny stejnoměrně od základny. Délka základny závisí na vzdálenosti, ze které se provádí snímání. Jestliže je při běžných kartografických procesech délka základny počítána na stovky metrů, potom při snímání postavy člověka, prováděné z malé vzdálenosti, činí základna celkem několik desítek centimetrů. Velikost této základny se může v závislosti na podmínkách snímání rovnat 150 až 200cm. Prostřednictvím otočné platformy je možné snadno pohybovat postavou člověka, aniž by ta změnila svůj postoj. Díky tomu je možné provést sesnímání postavy ze čtyř pozic, a tím dosáhnout úplného stereoskopického znázornění povrchu těla.

8 Další sestavení pro snímání postav Snímání postavy jednou kamerou a dvou zrcadel Snímání postavy několika stereokamerami FullBody 2P pohled pod úhlem FullBody 2P boční pohled FullBody 2P boční pohled shora FullBody 2P pohled

9 Metoda fotogrammetrická a rok 2000 Vzhledem k rychlému vývoji techniky se naskýtá nový způsob záznamu jakýchkoli předmětů. Toto snímání je možné realizovat prostřednictvím digitálního fotoaparátu, který má vazbu na počítačový program. Možnosti a výhody digitálního fotoaparátu a způsobu vyhodnocení dat lze aplikovat také do oblasti somatometrických šetření obyvatelstva. Princip snímání tělesných rozměrů by pak spočíval v získání snímků měřených osob a v jejich přenosu do některého z počítačových programů, které umožňují manipulaci s fotografií. Jedním z takových programů je například systém Adobe Photoshop, kde lze provádět měření jakýchkoli subjektů.

10 Přístroje pro bezkontaktní měření Fotoaparát, digitální fotoaparát Z důvodu nedostupnosti digitálního fotoaparátu byl tento nahrazen běžným fotoaparátem značky PRACTICA s ohniskovou vzdáleností 50mm. Nezbytnou součástí fotoaparátu je blesk. Jako předpokládaný dostačující fotomateriál byl použit černobílý film značky FOMAPAN s citlivostí 21DIN (100 ASA). Tyč s číselnou stupnicí (antropometr), je fotografován zároveň s probantem a slouží jako měřítko při odčítání hodnot tělesných rozměrů ze snímků.

11 Snímání a vyhodnocování výškových a šířkových tělesných rozměrů Způsob ustavení stojícího probanta při jeho bezkontaktním snímání Ukázka měření v programemu Adobe Photoshop 4.0

12 Příklad přepočtu naměřených hodnot tělesných rozměrů na hodnoty skutečné vzdálenost naměřená mezi dvěma orientačními body..260 jednotek naměřená velikost tělesného rozměru šířka zad...65 jednotek 260 jednotek 180cm ve skutečnosti 65 jednotek...x cm ve skutečnosti 65 : 260 = x : 180 x = 45cm Skutečná velikost tělesného rozměru šířka zad je 45cm.

13 Metoda vyhodnocení obvodových tělesných rozměrů Velikost obvodových tělesných rozměrů nelze touto metodou určit přímo ze snímků, proto lze k jejich zjištění použít metodu výpočtu. Tato metoda vychází z podobnosti průřezu lidského těla a elipsy.

14 TRIANGULAČNÍ METODA pasivní Technika pasivní triangulace používá nejčastěji metodu stereovidění. Tato metoda je založena na podobném principu jakým pracuje lidský zrakový systém při odhadu vzdálenosti.

15 TRIANGULAČNÍ METODA - pasivní Technika pasivní triangulace používá nejčastěji metodu stereovidění. Tato metoda je založena na podobném principu jakým pracuje lidský zrakový systém při odhadu vzdálenosti. VZP SZP Zorné pole SZP šířka zorného pole VZP výška zorného pole d základna (vzdálenost mezi projektorem a CCD kamerou) L vzdálenost od základny do středu zorného pole Projektor L d CCDkamera Projekce světla a snímání CCD kamerou Triangulační trojúhelník

16 Triangulační metoda - aktivní Technika aktivní triangulace 1D, 2D, 3D K označení povrchu tělesa se používají různé světelné vzory, podle čehož také rozlišujeme různé druhy aktivní triangulace. Mezi tyto světelné vzory patří: světelný paprsek - jednorozměrná (1D) triangulace světelný pruh - 2D triangulace strukturovaný světelný svazek - 3D triangulace Princip 1D aktivní triangulace Princip trojrozměrné rekonstrukce obrazu

17 Moare snímací systémy U stínové moaré techniky je kromě kamery, světelného zdroje a softwaru, důležitou součástí také speciální rastrová deska (mřížka) (viz. obr. č. 21), která slouží k promítání vzorů na cílový objekt. Moaré vzor vzniká jestliže jsou na sebe navrstveny dva podobné liniové, nebo mřížkové vzory. Vygenerovaný moaré vzor se skládá z tmavých a jasných kontur. Mřížky pro tvorbu moaré vzoru Moaré vzor promítaný na postavu

18 TECHNIKA MOIRÉ Stejnosměrné mřížky nebo různě orientované mřížky Promítání světelného vzoru jednobarevné a barevné osvětlení předmětu

19 Princip snímání povrchu lidského těla - všeobecně Pořízení 1D, 2D nebo 3D obrazu člověka Snímač fotoaparát, kamera Převod obrazu většinou z 2D výpočtem do 3D Výstupem z 2D jsou souřadnice x, y, z Souřadnice x, y, z jsou vstupem do 3D CAD programů Výstupem 3D CAD programů je digitální dvojče Možnost měření povrchu těla ve 3D Výstupem jsou tělesné rozměry

20 Měření povrchu lidského těla bezkontaktní metodou na TU v Liberci 2D aktivní triangulace - znamená označení povrchu objektu světelným pruhem - laserem

21 Systém MaNescan pro scanování 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

22 Měření na těle postavy v 3D CAD programu CATIA kótování měření vzdáleností měření polyline linií určení souřadnic bodů vyznačení bodů vytvoření přímých linií vytvoření polyline Zobrazení horizontálních rovin a měření výškových rozměrů Zobrazení a měření linií - řez vertikální rovinou Zobrazení a měření obvodových linií - řez horizontální rovinou

23

24 Metodika měření tělesných rozměrů kontaktním a bezkontaktním způsobem

25 Možnosti vyobrazení a měření povrchu lidského těla v programu CATIA Proporční členění lidského těla na 100 dílů Znázornění výškových rozměrů pomocí kót Znázornění řezů, čelních a profilových šířek a obvodových rozměrů Řezy na těle - pohled shora

26 Scanování sedící postavy a vyobrazení v 3D CATIA

27

28

29 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 - firma Cyberware

30 University 3D scaner PEDUS pro snímání nohou

31 Měření lidského těla bezkontaktním způsobem a jeho využití ODĚVNÍ A OBUVNICKÝ PRŮMYSL hledání vhodného tvaru obuvi nebo ošacení snímání tělesných rozměrů výzkum a vývoj velikostních sortimentů MĚŘENKOVÝ ZPŮSOB VÝROBY ODĚVŮ A OBUVI MTM (made to measure), MC (mass customization) 3D tělesné scanování a průmyslová výroba oděvů způsobem MTM (na zakázku) ERGONOMIE řeší vztahy mezi člověkem, mechanismy a prostředím s cílem optimalizovat psychofyzickou zátěž člověka při dosažení maximální výkonnosti návrhy pracovišť, konstrukce strojů, nábytku, oděvů apod. ARCHEOLOGIE INTERNET ZÁBAVA VZDĚLÁVÁNÍ FITNESS PRŮMYSL a SPORT MEDICÍNA

32 Děkuji za pozornost