一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法及系统，其中：矫形鞋的制作方法包括：采集足部图像和其他健康数据；利用网络收集源数据；图像识别；三维建模；三维模型修正；根据修正三维模型制作鞋子。矫形鞋的制作系统包括数据采集装置、数据收集汇总装置、图像识别装置、三维建模装置、制鞋装置。本发明专利技术能够满足用户的足部健康需求，用户操作省时、便捷，制鞋效率高，可以实现足部矫形。

Method and system for making orthopaedic shoes based on image recognition and three-dimensional modeling technology

The invention relates to a orthopedic shoes image recognition and 3D modeling technology making method and system, including: Based on method of making orthopedic shoes: image acquisition foot and other health data; using the network source data collection; image recognition; 3D modeling; 3D model is built based on the modified 3D model making shoes. The manufacturing system of orthopaedic shoes includes data acquisition device, data collection device, image recognition device, 3D modeling device and shoe making device. The invention can satisfy the foot health demand of the user, the user has the advantages of time-saving and convenient operation, high shoemaking efficiency and foot correction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法及系统
一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法及系统，属于制鞋领域。术语“鞋子的内底”，是指足底踩着的部位，即足部穿进去之后脚底接触的位置；鞋子的内底既包括与足底接触的平面(或曲面)，也包括该平面(或曲面)之下一定厚度的部位；特别的，鞋子的内底可以包括鞋垫。术语“鞋面内侧”，俗称鞋“内里”，即足上部(包括足趾、足背、足腕等)接触的位置。术语“鞋靴胶粘工艺”包括流程如下：面料、里料裁断—制帮(包括片边、折边、缝帮等)—制底(包括各种底料整型、处理，绷帮等)—合底(帮底结合)—烘干定型—出楦—检验等。术语“鞋靴热硫化工艺”包括热硫化粘贴工艺和热硫化模压工艺，工艺主要流程是：鞋帮制造—胶部件制造—成型—硫化—脱楦。术语“注塑(射)工艺”包括整鞋注塑成型工艺(鞋帮另制)和鞋底注塑工艺，鞋底注塑工艺又可分为单色注塑工艺和多色注塑工艺。注塑工艺主要流程是在注塑成型装置中先将物料压缩，接着塑化(固体塑料转变成流体)、均化，然后通过模具的注射通道将流体塑料注入到鞋的模腔中，经冷却后得到成型的产品。术语“模压工艺”包括流程如下：绷好帮的鞋帮，经过起毛、拨出原楦，涂上胶粘剂等处理后，套在模压机同型号铝楦上，然后在底模中放入胶料，再经过模压机加温热熔和向下施压，最后胶料热熔、压制同时与鞋帮紧密合成。术语“缝制工艺”基本特点是帮底结合是用特制麻线缝制起来，缝制工艺较为复杂，技术要求比较高，充分体现人的一种工艺能力和技巧。
技术介绍
目前制鞋业的普遍现状，是对人的脚型进行粗略近似处理后，依据鞋码批量生产鞋型一致的鞋子，即，同款的鞋子一般只存在鞋码的差异。这种制鞋方式忽视了人的脚型差异，无法满足个体的个性化需求，也无法满足特殊人群(如足底筋膜炎、姆囊肿、跖骨处痛、神经痛、糖尿病足、内八足、外八足、后足外翻、扁平足、高弓足、后足内翻患者)的特种需求。对此，一种较为理想的解决方案是根据每个人足型的不同，提供相应的矫形鞋。现有的矫形鞋制作方案缺点是费时耗力且价格昂贵，难以被一般消费者接受。随着近代制鞋技术的发展，出现了一系列思路类似的新的制鞋工艺，其中美国SOLS公司开发了一种全新的制鞋方法和系统，可以集成矫形信息，采用图像识别-3D打印技术制作鞋子，优点是人们可以足不出户的自行采集足部图像信息。US14341632、US14677894、US14961769、US14877361、US14877171等均采用该技术。其不足在于：(1)图像数据转化成三维模型时，部分数据缺陷只能依靠固定公式(计算依据为脚长、体重等)的计算结果进行弥补，而其所述计算公式即使具有统计学意义，归根结底仍然属于一种粗略近似的处理，显然会与个体的实际足型有所差异；(2)获取数据的方式仅为图像识别，整个制鞋过程中没有精确的足底压力测试过程，无法针对精确的压力数据提出应对方案；(3)制鞋方法重点考虑鞋底制作技术，对鞋面的考虑较少；(4)限于目前的3D打印效率，鞋子制作周期较长；(5)限于目前的3D打印材料，鞋子成本较高。总而言之，目前的制鞋技术中，暂未发现一种能够同时兼顾以下要素的方案：(1)鞋子与足型完全或者近似匹配；(2)符合足部健康需求；(3)制作周期短；(4)用户操作省时、便捷；(5)制作成本低；(6)鞋子舒适性高；(7)鞋子可以矫形；(8)综合考虑足部图像、压力分布数据，获取完整的足部数据；(9)满足用户个性化(例如美观)需求。
技术实现思路
以下所述的
技术实现思路
是对本专利技术的简化概要描述，即提供了有助于理解本专利技术某些方面的描述。这些描述并未完全细致的说明本专利技术所有的
技术实现思路
、也不旨在标识本专利技术的全部关键或重要元素、也不特意对权利要求的保护范围进行限定。本专利技术的目的在于提供一种满足用户健康需求的矫形鞋制作方法和系统。为此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法，包括：采集足部图像和其他健康数据，获得源数据；利用网络收集源数据；图像识别，即利用计算机对图像按先后顺序进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据；三维建模，即利用二次数据进行三维特征提取标记、坐标转换及点云拼接、模型全局优化，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；根据患者足部畸变情况或其他健康数据，对足部三维模型进行修正，形成能够包含至少一种疾病治疗方案的修正三维模型；根据修正三维模型制作鞋子，鞋子的内底与还原到真实足部比例的修正三维模型足底完全贴合(即鞋子的内底与还原后的修正三维模型足底形状对应一致)，鞋面内侧任一点与足上部(包括足趾、足背、足腕等)的最小直线距离＜0.48cm。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法，包括以下步骤：(1)采集数据：采集患者的健康数据，同时采集足部图像即采用拍摄装置拍摄不少于2张足部图像，获得源数据；(2)利用网络收集源数据：利用有线网络或者无线网络将源数据收集到数据处理平台；(3)图像识别：利用计算机对源数据中的足部图像按先后顺序进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据；(4)三维建模：利用二次数据进行三维特征提取标记、坐标转换及点云拼接、模型全局优化，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；(5)制作鞋子：根据足部三维模型制作鞋子，其中：真实足部穿上鞋子后，鞋子的内底与真实足底完全贴合(即鞋子的内底与真实足底的形状对应一致)；(6)鞋子修正：根据患者足部畸变情况或其他健康数据，调整鞋内腔的局部容量，或调整制鞋材料的软硬度。优选的，患者足部畸变情况，包括内八足、外八足、足外翻、扁平足、高弓足、足内翻、姆囊肿、足底筋膜炎、跖骨痛、麻风病足、神经痛、糖尿病足、足溃疡、趾间疣、足静脉瘤、小趾囊肿、足部关节炎、鸡眼、足外伤等；优选的，其他健康数据，包括身高、体重、年龄、血压、血脂、血糖、内脏(心、肺、脾、胃、肾、肝脏、胆囊、大肠、小肠等)健康信息等；优选的，采集足部图像，包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：利用摄影装置拍摄每个足部形成3张以上的足部静态图片；利用摄影装置拍摄足部形成包括足部整体影像的视频；利用三维扫描仪采集完整的足部三维图像；利用电磁波脉冲测距法采集完整的足部三维图像；利用电磁波相位测距法采集完整的足部三维图像；利用机械波脉冲测距法采集完整的足部三维图像；利用机械波相位测距法采集完整的足部三维图像；优选的，利用网络收集源数据，是将采集到的足部图像通过专用手机APP传输到数据处理平台；或将足部图像的采集设备与终端数据处理平台之间用网络互联，每次采集数据后，采集设备自动或者在人工指令下将足部数据传输到网络终端；优选的，源数据，包括利用图像采集设备直接获取的足部图像，和将足底压力分布数据转化成的足底图像数据；优选的，足部三维模型，采用以下方式中的一种或者多种方式的任意组合制作鞋子：利用3D打印技术直接打印鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用鞋靴胶粘工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用鞋靴热硫化工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用注塑(射)工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法，包括：采集足部图像和其他健康数据，获得源数据；利用网络收集源数据；图像识别，即利用计算机对图像按先后顺序进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据；三维建模，即利用二次数据进行三维特征提取标记、坐标转换及点云拼接、模型全局优化，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；根据患者足部畸变情况或其他健康数据，对足部三维模型进行修正，形成能够包含至少一种疾病治疗方案的修正三维模型；根据修正三维模型制作鞋子，鞋子的内底与还原到真实足部比例的修正三维模型足底完全贴合(即鞋子的内底与还原后的修正三维模型足底形状对应一致)，鞋面内侧任一点与足上部(包括足趾、足背、足腕等)的最小直线距离＜0.48cm。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法，包括：采集足部图像和其他健康数据，获得源数据；利用网络收集源数据；图像识别，即利用计算机对图像按先后顺序进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据；三维建模，即利用二次数据进行三维特征提取标记、坐标转换及点云拼接、模型全局优化，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；根据患者足部畸变情况或其他健康数据，对足部三维模型进行修正，形成能够包含至少一种疾病治疗方案的修正三维模型；根据修正三维模型制作鞋子，鞋子的内底与还原到真实足部比例的修正三维模型足底完全贴合(即鞋子的内底与还原后的修正三维模型足底形状对应一致)，鞋面内侧任一点与足上部(包括足趾、足背、足腕等)的最小直线距离＜0.48cm。2.一种基于图像识别及三维建模技术的矫形鞋制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集数据：采集患者的健康数据，同时采集足部图像即采用拍摄装置拍摄不少于2张足部图像，获得源数据；(2)利用网络收集源数据：利用有线网络或者无线网络将源数据收集到数据处理平台；(3)图像识别：利用计算机对源数据中的足部图像按先后顺序进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据；(4)三维建模：利用二次数据进行三维特征提取标记、坐标转换及点云拼接、模型全局优化，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；(5)制作鞋子：根据足部三维模型制作鞋子，其中：真实足部穿上鞋子后，鞋子的内底与真实足底完全贴合(即鞋子的内底与真实足底的形状对应一致)；(6)鞋子修正：根据患者足部畸变情况或其他健康数据，调整鞋内腔的局部容量，或调整制鞋材料的软硬度。3.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于：所述患者足部畸变情况，包括内八足、外八足、足外翻、扁平足、高弓足、足内翻、姆囊肿、足底筋膜炎、跖骨痛、麻风病足、神经痛、糖尿病足、足溃疡、趾间疣、足静脉瘤、小趾囊肿、足部关节炎、鸡眼、足外伤等；所述其他健康数据，包括身高、体重、年龄、血压、血脂、血糖、内脏(心、肺、脾、胃、肾、肝脏、胆囊、大肠、小肠等)健康信息等；所述采集足部图像，包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：利用摄影装置拍摄每个足部形成3张以上的足部静态图片；利用摄影装置拍摄足部形成包括足部整体影像的视频；利用三维扫描仪采集完整的足部三维图像；利用电磁波脉冲测距法采集完整的足部三维图像；利用电磁波相位测距法采集完整的足部三维图像；利用机械波脉冲测距法采集完整的足部三维图像；利用机械波相位测距法采集完整的足部三维图像；所述利用网络收集源数据，是将采集到的足部图像通过专用手机APP传输到数据处理平台；或将足部图像的采集设备与终端数据处理平台之间用网络互联，每次采集数据后，采集设备自动或者在人工指令下将足部数据传输到网络终端；所述源数据，包括利用图像采集设备直接获取的足部图像，和将足底压力分布数据转化成的足底图像数据。4.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于：所述利用计算机对图像进行复原，包括如下步骤：首先，进行图像变换，将源数据中的每张足部图像均变换成空间坐标和灰度均离散化的数字化图像；其次，去除图像噪声，即利用概率密度函数统计高斯噪声、瑞利噪声、伽马噪声、指数分布噪声、均匀分布噪声和脉冲噪声后，对噪声图像进行预滤波获得噪声方差，再根据噪声的高频特性利用均值滤波法或中值滤波法实现低通滤波；再次，建立图像退化系统，即以数学函数关系g(x，y)＝h(x，y)×f(x，y)+n(x，y)表达退化模型，其中x、y代表数字化图像的二维坐标点，g(x，y)代表退化图像，h(x，y)代表退化函数，f(x，y)代表数字化的静止二维图像，n(x，y)代表外来噪声作用，再用数字建模法确认退化函数h(x，y)的计算方法；最后，根据h(x，y)的计算结果、噪声方差和噪声的去除情况，对图像退化模型进行逆向推导，最终完全消除或部分消减图像的空间退化(模糊)和点退化(噪声)，得到复原图像；所述利用计算机对图像进行增强，包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：对足部图像进行灰度分级，利用直方图均衡法对像素个数多的灰度级进行宽展、对像素个数少的灰度进行压缩，形成图像局部高对比度；对足部图像进行灰度分级，再将各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的彩色，使数字化足部图像的细节更加明显；将数字化图像进行傅立叶变换，然后按频率的映射函数变换成不同的色彩，使数字化足部图像的细节更加明显；以色调(H)、饱和度(S)、明度(V)为参数建立足部HSV空间模型，将数字化足部图像的RGB空间映射到HSV空间模型上，使数字化足部图像的细节更加明显；以青色(C)，洋红色(M)，黄色(Y)、黑色(K)为参数建立足部CMYK空间模型，将数字化足部图像的RGB空间映射到CMYK空间模型上，使数字化足部图像的细节更加明显；以照度(L)，红色至绿色的亮度范围(a)，蓝色至黄色的亮度范围(b)为参数建立足部Lab空间模型，将数字化足部图像的RGB空间映射到Lab空间模型上，使数字化足部图像的细节更加明显；所述利用计算机对图像进行分割，既包括根据灰度突变、颜色突变和纹理突变判断图像中的不连续性特征，进而提取图像中足部与拍摄背景的边界，然后把足部图像从拍摄背景中分离出来，又包括以下工序中的一种或者多种工序的任意组合：按照图像的灰度将图像分割成互不重叠的子区域，使各子区域能够用于构建三维模型；按照图像的形状将图像分割成互不重叠的子区域，使各子区域能够用于构建三维模型；按照图像的纹理将图像分割成互不重叠的子区域，使各子区域能够用于构建三维模型；按照图像的色彩将图像分割成互不重叠的子区域，使各子区域能够用于构建三维模型；所述“调整鞋内腔的局部容量”，包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：向任意方向外延鞋内底；鞋内底局部补高；鞋外底局部补高；鞋内底局部位置降低高度、鞋外底局部位置降低高度；雕刻鞋底纹理；所述根据足部三维模型制作鞋子，是采用以下方式中的一种或者多种方式的任意组合制作鞋子：利用3D打印技术直接打印鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用鞋靴胶粘工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用鞋靴热硫化工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用注塑(射)工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用模压工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋楦，然后利用缝制工艺制作鞋子；制作与真实足部大小和形状完全一致或接近一致的鞋垫，将鞋垫放入鞋内制成鞋子；根据足部三维模型，无需制作鞋楦，利用视觉判断(包括肉眼判断和计算机视觉判断)制作鞋子。5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于：所述图像变换步骤完成后，按照JPEG标准对图像进行压缩；所述数字建模法确认退化函数h(x，y)的计算方法，包括如下步骤：对h(x，y)进行傅立叶变换后得到H(x，y)，利用表达式H(x，y)＝2.72^(-ρβ(x2+y2)5/6)对H(x，y)赋值，再对赋值后的H(x，y)进行逆向傅立叶变换后获得h(x，y)的最终解，其中ρ代表数字化图像局部单位面积内的灰度级数，β代表数字化图像局部的像素密度；所述利用计算机对图像进行增强的过程中，对色彩是否失真不做特别要求；所述直方图均衡法，是将图像分成若干区域，运用直方图均衡化按区域对图像进行运算、并且遍历所有区域；或将图像分成若干区域，每次直方图均衡化运算至少覆盖2个区域；所述不连续性特征，是通过利用灰度的Sobel算子、或Roberts算子、或拉布拉斯算子、或Preveit算子、或Kirsch算子等一阶或二阶微分算子进行检测。6.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述采集足部图像，包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：足部穿上置有传感器的可穿戴装置(如袜子)，通过读取足部不同位置的形变数据计算出足部图像数据；足部穿上印有图案的可穿戴装置(如袜子)后，可穿戴装置上的图案发生形变，通过拍摄不少于2张的可穿戴装置形变图案获得足部形状数据；用可变形的材料包裹足部，可变形材料中内置能够标记位置的传感器，通过读取传感器位置和位移计算出足部图像数据；将足部放进液体或气体中，液体、气体内置能够标记位置的传感器，通过读取传感器位置和位移计算出足部图像数据；所述三维特征提取标记，是寻找图像点云中的明显特征点或轮廓，然后在其他点云中搜索对应点并建立匹配关系，其提取或标记方式包括以下方式中的一种或者多种方式的任意组合：提取或标记足部图像中的足边缘、足趾、足跟、足踝、足弓等具有显著灰度、色彩特性的图像点，在其他点云中搜索对应点并建立匹配关系；提取足部曲面中的曲率、法向量、两点间的法向量夹角等不变特征，在其他点云中搜索对应点并建立匹配关系；标记足部图像中至少三个点的两两距离关系，在其他点云中搜索对应点并建立匹配关系；对待拼接的两片点云或其中一片点云进行采样，然后利用icp算法通过迭代计算使两片点云上对应点对、或对应点面距离的均方误差最小，进而确定匹配关系；以曲面的曲率为特征点，以角度、距离为约束条件，在点云间利用三点旋转法建立点云匹配关系；所述坐标转换及点云拼接，是将图片数据的二维坐标值转换为三维坐标值，并将多张图像以特征点或轮廓为结合点进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊晓东，林曙光，
申请(专利权)人：青岛一小步科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37