足底及足型的扫描方法与流程

本发明涉及足底及足型的扫描方法以及使用该方法的扫描设备。

背景技术：

在鞋类自动化制造流程中，使用足部扫描装置获取人的足部三维信息是至关重要的。只有准确而快速的获取到足部压力状态下的三维图像数据，才能准确的生成足底的三维数据，以制造出鞋底。

现在的激光、白光、红外等光源的非接触三维扫描技术相对成熟。不少国内外公司推出了基于各种三维扫描技术的三维足底或足型的扫描仪，例如单足的足底三维扫描、双足的足底三维扫描、单足的足型三维扫描以及双足的足型旋转式三维扫描等。

上述的三维扫描技术均是基于光学扫描进行实现，其主要使用相机获取图像，完成深度计算，恢复足型的三维信息，且其均需要足部接近或接触扫描仪上的一块透明支撑板。透明支撑板下面，有光学扫描部件获得足底的三维信息。透明支撑板可用玻璃、亚克力、聚碳酸酯等各种透明材料制成。

当然对于需要扫描整个脚部足型的足型扫描仪，上部会有光学扫描部件获得足上部的三维信息，通过三维曲面拼接，得到整个足型的三维模型。

实际上如果不需要足底的三维模型，仅需要足上部的三维模型，也可以不使用透明支撑板，而使用任何不透明的板材。仅扫描三维足型，是有多种原理和方法。此处以示例说明一种方法，通过扫描足上部的三维模型，并以标准三维足型模版为依据，采用标准三维足型模版变形的方式，推断足底和足型的三维模型。

另外，在扫描过程中足部可以不承重，也就是接近但不接触支撑板；也可以是半承重，也就是接触支撑板但不把全身重量放上去；也可以是全承重，也就是接触支撑板并把全身重量放上去。足部在受力状态下，相对于不受力会发生形变。不同的受力状态下，三维足型会有较大不同。

三维足型的一个重要用途，是定制各种鞋类以增加舒适度。或者定制矫形鞋、足底矫形鞋垫、足踝矫形器(AFO)等各种医疗矫形器具。现有的足底和足型扫描仪，都不能测量和记录扫描过程中足部的受力状况。获取扫描时的足部受力情况，能帮助判断个体的差异，从而制作更舒适的鞋子或效果更好的矫形器具。例如，平足(足弓塌陷)有两种情况。一种是硬平足(Rigid Flat Foot)，无论是否受力，足弓都是平的。另一种是软平足(Flexible Flat Foot)，不受力则足弓存在，受力后足弓塌陷。扫描足型可以计算三维足弓，但无法获取足部受力信息。

技术实现要素：

本发明的目的是克服或减缓至少上述缺点中的部分，特此提供一种足底及足型的扫描方法，包括如下步骤：

(1)布置多个压力传感器在支撑板底部，任意所述的压力传感器在支撑板受力变化下输出唯一的压力信号；

足部接触支撑板后，取得所述压力传感器输出的压力信号得到压力值，将所有压力传感器的压力值相加，得到总压力值；

将位于支撑板左侧的压力传感器的压力值相加，得到左侧的总压力值；

将位于支撑板右侧的压力传感器的压力值相加，得到右侧的总压力值；

将位于支撑板前侧的压力传感器的压力值相加，得到前侧的总压力值；

将位于支撑板后侧的压力传感器的压力值相加，得到后侧的总压力值；

将位于左、右两侧的总压力值相减，得到左、右侧的总压力差值；

将位于前、后两侧的总压力值相减，得到前、后侧的总压力差值；

(2)通过各个压力传感器的压力值之间的数学运算，还可以获得其他的压力值或压力差值；

(3)根据所有的压力传感器输出的压力值取得足底各区域的压力值；

(4)根据(3)中的足底各区域的压力值进行力学计算取得足底各区域的受力值，

于(4)中，取得：

所述足底的总受力值；

所述足底的前半部分的受力值；

所述足底的后半部分的受力值；

所述足底的内半部分的受力值；

所述足底的外半部分的受力值；

所述足底的第一跖趾关节区域的受力值；

所述足底的第五跖趾关节区域的受力值；

所述足底的后跟区域的受力值；

所述足底的前半部分的受力值和所述足底的后半部分的受力值，是通过沿足底长度方向中线切分足底区域来计算受力状态的方式取得。

优选地，所述足底的内半部分的受力值和所述足底的外半部分的受力值，是通过沿足底的横向中线切分足底区域来计算受力状态的方式取得。

优选地，所述足底的第一跖趾关节区域的受力值、所述足底的第五跖趾关节区域的受力值以及所述足底的后跟区域的受力值，是通过将足底切分第一跖趾关节区域、第五跖趾关节区域以及足底的后跟区域来计算受力状态的方式取得。

优选地，足底总受力值等于压力传感器总压力值。

本发明还公开了一种使用上述足底及足型的扫描方法的扫描装置，包括机体和设置在机体上表面的支撑板，支撑板与机体之间设置有至少三个压力传感器。

优选的，所述机体的四周设置有至少一个用于对支撑板进行加热的热风喷头。

优选的，所述支撑板的表面或内部设置有至少一个用于对支撑板进行加热的加热装置。

本发明旨在于，在三维扫描之前，可以取得足底压力值和受力值的某些或全部数值，达到某个特定的标准，然后再进行三维扫描。因为可以实时观察足底的压力值和受力值，就能调整足在支撑板上的放置方式，被扫描者主动将承重向某个方向倾斜，或者由操作人员用手将脚掰到某个姿态。这样就能帮助了解和诊断某些足部的生理状态，并且赋予三维足型更强的可比性。

附图说明

现在将参照所附附图更加详细地描述本发明的这些和其它方面，其所示为本发明的当前优选实施例。其中：

图1为本实施例的一种测量设备；

图2为本实施例的一种足底切分方式；

图3为本实施例的另一种足底切分方式；

图4为本实施例的第三种足底切分方式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本实施例选用的扫描仪为单足底三维扫描仪，可使用如图1所示的设备进行测量，包括机体2和设置在机体2上表面的透明的支撑板1，支撑板1与机体2之间设置有六个压力传感器3，机体2上表面中部设置有扫描区域4，六个压力传感器3均匀设置在扫描区域4四周，机体2的前后左右分别设置有一个用于对支撑板1进行加热的热风喷头5，支撑板1的内部设置有用于对支撑板1进行加热的加热丝，该单足底三维扫描仪连接电脑或计算设备使用，具备一个用于显示压力传感器3扫描得到的压力值和计算得到的受力值的显示装置，该压力值和受力值通过数字或图像方式显示和表达在显示装置上。

根据图2至图4取得1.取得每个压力传感器的压力值；2.将所有传感器的压力值相加，得到总压力值；3.将左侧压力传感器的压力值相加，得到左侧的总压力值；4.将右侧压力传感器的压力值相加，得到右侧的总压力值；5.将前侧压力传感器的压力值相加，得到前侧的总压力值；6.将后侧压力传感器的压力值相加，得到后侧的总压力值；7.将左右侧的总压力值相减，得到左右侧的总压力差值；8.将前后侧的总压力值相减，得到前后侧的总压力差值。9.通过各个压力传感器的读数之间的数学运算，还可以获得其他的压力值或压力差值。10.足底的总受力值11.足底前半部分受力值12.足底后半部分受力值；13.足底内半部分受力值1；4.足底外半部分受力值；15.足底第一跖趾关节区域的受力值；16.足底第五跖趾关节区域的受力值；17.足底后跟区域的受力值。

本实施例在取得上述的压力值和受力值后可以对足部的不同姿态进行三维扫描。

例如，正常足弓和足型，站立姿态，左右足底受力各是体重的1/2，同时第一跖趾关节区域的受力值大约是体重的1/6，第五跖趾关节区域的受力值大约是体重的1/12，后跟区域的受力值大约是体重的1/4，注意，1/6+1/12+1/4＝1/2。但大多数人都有足弓偏低，足后跟外翻的问题。如果按照正常站姿扫描，从三维模型上，可以看到足弓偏低和后跟外翻的问题。从3～8的压力分布，如果是右足，可以看到3和5的压力值比正常状态偏大，如果是左足，可以看到4和5的压力值比正常状态变大。从11～15的受力分布，可以看到11，13，15的受力值比正常状态偏大。在扫描前，可以要求把以上几个压力值或受力值调整到正常状态，也就是被扫描者自主性拉高足弓到正常位置，或者借助外力(操作者用手掰)。这个时候再扫描，得到的足弓高度和曲面结果可以直接用于制作矫形鞋垫和矫形鞋，能够矫正足弓和后跟的不正常状态。

扫描得到足型后，可以获得足底和透明支撑板的接触区域，进一步获得足底各区域的位置和范围。可以根据传感器的压力值，通过力和力矩的平衡，采用力矩平衡方程进行计算，获得10～17的足底受力值，假设支撑板为刚体，刚体的力学平衡方程，包括力和力矩的平衡。

11.足底前半部分受力值和12.足底后半部分受力值的计算：前后分割足底接触支撑板区域，扫描前，可以根据被扫描足的大小和放置位置，估算前半部分和后半部分的面积重心的位置。假设面积重心就分别是前半后半部分的着力点。由此，有2个未知量11和12，可以列出2个力学平衡方程。一个是总体平衡方程，就是11+12受力值＝6个压力传感器的压力值；另一个是沿足长方向的力矩平衡方程，6个压力传感器的压力值和位置已知，11和12的位置已知。由此可以解出11和12。扫描后，可以准确的计算前半部分和后半部分接触支撑板区域的面积重心位置。按照上面的方法计算，能得到更准确的11和12。

13.足底内半部分受力值和14.足底外半部分受力值的计算：内外分割足底接触支撑板区域。扫描前，可以根据被扫描足的大小和放置位置，估算内半部分和外半部分的面积重心的位置。假设面积重心就分别是内外半部分的着力点。由此，有2个未知量13和14，可以列出2个力学平衡方程。一个是总体平衡方程，就是13+14受力值＝6个压力传感器的压力值；另一个是沿足宽方向的力矩平衡方程，六个压力传感器的压力值和位置已知，13和14的位置已知。由此可以解出13和14。扫描后，可以准确的计算内半部分和外半部分接触支撑板区域的面积重心位置。按照上面的方法计算，能得到更准确的13和14。

15.足底第一跖趾关节区域的受力值、16.足底第五跖趾关节区域的受力值和17.足底后跟区域的受力值的计算：足底接触支撑板区域分割为三部分。扫描前，可以根据被扫描足的大小和放置位置，估算三部分的面积重心的位置。假设面积重心就分别是各部分的着力点。由此，有3个未知量15、16和17，可以列出3个力学平衡方程。第一个是总体平衡方程，就是15+16+17受力值＝6个压力传感器的压力值；第二个是沿足长方向的力矩平衡方程，6个压力传感器的压力值和位置已知，15、16和17的位置已知；第三个是沿足宽方向的力矩平衡方程，六个压力传感器的压力值和位置已知，15、16和17的位置。已知由此可以解出15、16和17。扫描后，可以准确的计算三部分接触支撑板区域的面积重心位置。按照上面的方法计算，能得到更准确的15、16和17。

以上的三种足底区域切分方式，仅为例子。实际上还有更多的区域切分方式，可以切分成更多的区域。只要传感器数量够多，都可以计算出每个区域的足底受力值。