[发明专利]基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法，在箱体侧板上的横向支撑板上设置有联动的正弦光栅、伺服电机和齿轮，在箱体底部有能与正弦光栅适配的激光器光源，在箱体中部设置有图像反射镜面，在箱体的另一端设置有单摄像头，采用正弦光栅照射于人体足底，由伺服电机控制物理光栅移动一定的距离，在足底表面形成四幅相位差为π/2的畸变光栅，通过工业相机分别采集四幅畸变的光栅图像，对光栅进行相位分析，从而求得足底的三维数据信息。本发明使用高精度工业相机对光栅图像进行采集，并采用四步相移的方法，可滤除随机噪声提高精度，且本系统只使用一个摄像头，减少系统成本并保持高精度扫描。

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法。

背景技术

足部疾患主要包括高足弓、扁平足、足旋前、踇外翻、胼胝、足底筋膜炎等不同病症，还有由其他疾病引起的内外翻足、糖尿病足等。各种足部问题不但会产生局部症状，还会引起人体足部以上骨骼系统的对线不良，导致膝、髋、骨盆、脊柱椎体各部位关节出现问题，影响人体健康。而针对这种情况需要获取患者的足底形状，临床中现在一般采用足底石膏取模的接触式方法，但这种方法不适用于足部溃烂、坏疽以及其他足面创伤的患者，且制作成功率低，采集加工流程复杂、工艺繁琐，模型重复利用率差。而非接触式的三维扫描产品，市场上非常少，且都是国外进口设备，价格昂贵，影响一些病人的检查，影响病情发展，耽误治疗。

在CN201410708967、CN104374332A、CN104339658A、CN104315979A、 CN104359405A所公开的三维扫描装置虽然可以实现三维扫描功能，但是扫描的方式、精度及扫描装置的机械结构都不适于对人体足底扫描，并且以上产品的扫描周期都特别长，由于扫描部位特殊，而且扫描时需静止不动，这对扫描时间的长短以及扫描装置的高低有着较高的要求，而上述的几款产品都不满足对人体足底扫描的要求，效果不理想；方法方面，在CN102519393A、CN106412561A 所公开的光栅测量轮廓术的方法可以对测量物体的高度信息，但这种方法需要两个光栅同时成像，对光源要求过高，且采集图像的CCD相机位置与光栅是同一个方向，并不适合对足底进行采集，在CN2048682U、CN201611133750.1、CN106643563A所公开的三维面型测量仪的方法，精度相对较低，不能满足足部矫形与康复的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置及方法，通过光栅投影的方法获取人体足底三维信息，缩短了扫描时间，并且采用高精度工业相机对光栅图像进行采集，提高了数据的噪声比，并且采用四步相移的处理算法，对物体进行三维重构，保证了重构模型的高精度，并且箱体内部置有图像反射镜面，将垂直向上的扫描方向转换为平面方向扫描，大大降低了扫描装置的高度，便于人体保持舒适的动作进行扫描。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，包括具有透明顶部的箱体，在箱体中部设置有横向支撑板，横向支撑板上设置有正弦光栅、伺服电机和单轴滚珠丝杠直线滑台，正弦光栅通过单轴滚珠丝杠直线滑台与伺服电机控制端相连，在箱体底部且正弦光栅的正前方设置有能与正弦光栅适配的激光器光源，在正弦光栅和激光器光源前方设置有图像反射镜面，此外，在箱体上还设置有单摄像头。

本发明进一步的改进在于，图像反射镜面与箱体底面呈45°夹角，且图像反射镜面朝向正弦光栅的一侧。

基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描方法，该方法基于上述基于单摄像头四步光栅相移法的足底三维扫描装置，包括以下步骤：