[发明专利]一种基于压力成像及三维建模技术的定制鞋制作方法及系统

权利要求书

1.一种基于压力成像及三维建模技术的定制鞋制作方法，包括以下步骤：

(1)采集足部数据：采集足底压力分布数据，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)利用网络收集足部数据：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)压力分布数据成像：利用计算机将足底压力分布数据转化成足底三维图像数据；

(4)足部图像识别及三维建模：利用计算机对源数据中的足部图像进行复原、增强、分割，转化成可供三维建模的二次数据，再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，形成初级足部三维模型；

(5)模型拟合：将利用足底压力获得的足底三维图像数据与利用足部图像获得的初级足部三维模型进行拟合，形成与真实足部形状一致或者接近一致的足部三维模型；

(6)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；

鞋面内侧任一点与足上部的最小直线距离＜0.48cm；

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，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，液体或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；然后，用数字建模法确认退化函数h(x，y)的计算方法，即对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；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和点退化，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色彩，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、饱和度、明度为参数建立足部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，洋红色，黄色、黑色为参数建立足部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，红色至绿色的亮度范围，蓝色至黄色的亮度范围为参数建立足部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点云拼接形成实际匹配关系，形成初级三维模型，其坐标转换的步骤按先后顺序包括：比例变换，即调整各图像的比例关系使所有图像的比例尺保持一致；二维坐标转换成三维坐标；

所述模型全局优化，包括以下优化方式中的一种或多种方式的任意组合：去噪、修补模型缺陷、分割局部图像、图像结构化、立体图像表面平滑；

所述模型拟合，包括比例转换工序，即：将利用足底压力获得的足底三维图像数据与利用足部图像获得的初级足部三维模型转化成同等比例，然后拟合到同一三维坐标系中。