人体脚型脚跟内外旋检测方法.pdf

本发明涉及人体脚型检测技术领域，提供了人体脚型脚跟内外旋检测方法，包括：利用实物数字化装置获取待检测足部的离散点云数据；对获得的足部离散点云数据进行三角化，生成网格曲面；对网格曲面进行孔洞修复，生成一个封闭曲面；建立局部坐标系，使全局坐标系与局部坐标系重合；对封闭曲面进行截线，并记录各层截线中y轴坐标最大和最小的截线点；找到足部内外脚踝点；以过内外踝点且法向量垂直于z轴的平面为截平面，求截平面与网格曲面的交线；计算旋角；将求得的旋角值与足部内外旋判断标准进行比较，进而判定脚跟内外旋类型。本发明提高了人体脚型检测的可靠性，精确度高，0误诊率，效率高。

1.  人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，利用实物数字化装置获取待检测足部的离散点云数据；
步骤二，采用移动立方体Marching Cub方法对获得的足部离散点云数据进行三角化，生成网格曲面；
步骤三，对所得网格曲面进行孔洞修复，使通过三角化生成的网格曲面为一个封闭曲面；
步骤四，建立局部坐标系，为三维坐标系，并使全局坐标系与局部坐标系重合；
步骤五，从起始平面到终止平面对所述步骤三所得的封闭曲面进行截线，并记录各层截线中y轴坐标最大和最小的截线点；
步骤六，假设所述步骤五所得各截线y坐标最小点构成的点集为PA，各截线y坐标最大点构成的点集为PB，则将PA中y坐标最小者识别为外踝点，将PB中y轴最大者识别为内踝点，进而找到足部内外脚踝点；
步骤七，以过内外踝点且法向量垂直于z轴的平面为截平面，求截平面与网格曲面的交线；
步骤八，找到交线中z坐标的最大和最小值所在的点A、B，并找到位于z坐标最大和最小值附近y坐标最大和最小值的拐点C、D；
步骤九，记A、B点的中点为M₁，内外踝点的中点为M₂，C、D点的中点为M₃，进行计算旋角，具体公式如下：

其中，Ang表示旋角，M₃(y)表示M₃点的y值，M₂(y)表示M₂点的y值；
步骤十，将所述步骤九求得的旋角值与足部内外旋判断标准进行比较，进而判定脚跟内外旋类型。

2.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤一中的实物数字化装置为白光扫描仪或激光扫描仪。

3.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤一采用实物数字化装置进行数据采集时，数据采集高度超过待检测人体足部内外踝骨中较高者的20-100mm。

4.  根据权利要求3所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤一采用实物数字化装置进行数据采集时，数据采集高度超过待检测人体足部内外踝骨中较高者的50mm。

5.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤四中局部坐标系建立方法的具体步骤为：取足底平面为XOY平面，由足底指向小腿的一侧的XOY平面法向量为局部坐标系z轴正方向，位于XOY平面内并由足底指向脚尖方向的单位向量为x轴正方向，y轴垂直于X轴，y轴正方向根据右手坐标系规则确定。

6.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤五中起始平面为z=10-60mm，终止平面为z=80-200mm，并且以0.5-3mm为间隔高度从起始平面到终止平面对所述步骤三所得的封闭曲面进行截线。

7.  根据权利要求6所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤五中起始平面为z=50mm，终止平面为z=100mm，并且以1mm为间隔高度从起始平面到终止平面对所述步骤三所得的封闭曲面进行截线。

8.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤五中对于封闭曲面进行截线操作的具体求解方法为：
首先，将网格曲面中的每一个三角形的三个顶点带入截面方程并判定结果的正负号；
进一步地，如果三个顶点同号，则证明当前三角形与平面不相交，退出流程；如果异号，则分别计算三角形三条边与平面的交点，必有两个交点落在三角形上；
进一步地，将所得的交点进行首位相连，生成封闭曲线。

9.  根据权利要求1所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤十中脚跟的类型分为正常内旋，轻度内旋，中度内旋，严重内旋，正常外旋，轻度外旋，中度外旋，严重外旋八种类型。

10.  根据权利要求9所述的人体脚型脚跟内外旋检测方法，其特征在于，所述步骤十中脚跟的判定标准为：为正常内旋，为轻度内旋，为中度内旋，为严重内旋；为正常外旋，为轻度外旋，为中度外旋，为严重外旋。

人体脚型脚跟内外旋检测方法
技术领域
本发明涉及人体脚型检测技术领域，特别涉及人体脚型脚跟内外旋检测方法。
背景技术
健壮的脚明显的特点是脚趾舒展没有挤压、灵活而有力量，脚掌前部肌肉发达，足弓完全形成，有弹性、有力量感。这种脚型抓地力强，平衡稳定性很好，不容易摔倒。而现代许多城市儿童的脚细长，脚掌肌肉软弱无力，足部内旋或外旋严重，导致走路不稳，平衡稳定性及抗震能力都很差，很容易跌倒受伤，甚至伤及身体其他部位，所以能够准确的检测出足部内外旋，进而通过矫正拥有一双强健的脚，对提高孩子的生活素质和身体发育健康非常有意义。
目前，任何检测机构都是通过人工肉眼对足部进行观察确定脚型，存在误差大，花费时间长，效率低，误诊率高的问题。
因此，人体脚型检测技术领域急需一种通过三维扫描自动判定脚型，效率高，精准度高，0误诊率的人体脚型脚跟内外旋检测方法。
发明内容
本发明提供了人体脚型脚跟内外旋检测方法，技术方案如下：
人体脚型脚跟内外旋检测方法，包括如下步骤：
步骤一，利用实物数字化装置获取待检测足部的离散点云数据；
步骤二，采用移动立方体Marching Cub方法对获得的足部离散点云数据进行三角化，生成网格曲面；
步骤三，对所得网格曲面进行孔洞修复，使通过三角化生成的网格曲面为一个封闭曲面；
步骤四，建立局部坐标系，为三维坐标系，并使全局坐标系与局部坐标系重合；
步骤五，从起始平面到终止平面对步骤三所得的封闭曲面进行截线，并记录各层截线中y轴坐标最大和最小的截线点；
步骤六，假设步骤五所得各截线y坐标最小点构成的点集为PA，各截线y坐标最大点构成的点集为PB，则将PA中y坐标最小者识别为外踝点，将PB中y轴最大者识别为内踝点，进而找到足部内外脚踝点；
步骤七，以过内外踝点且法向量垂直于z轴的平面为截平面，求截平面与网格曲面的交线；
步骤八，找到交线中z坐标的最大和最小值所在的点A、B，并找到位于z坐标最大和最小值附近y坐标最大和最小值的拐点C、D；
步骤九，记A、B点的中点为M₁，内外踝点的中点为M₂，C、D点的中点为M₃，进行计算旋角，具体公式如下：
Ang=acos(M2M1→·M3M2→)×180/πM3(y)>M2(y)-acos(M2M1→·M3M2→)×180/πM3(y)≤M2(y);]]>
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤一中的实物数字化装置为白光扫描仪或激光扫描仪。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤一采用实物数字化装置进行数据采集时，数据采集高度超过待检测人体足部内外踝骨中较高者的20-100mm。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤一采用实物数字化装置进行数据采集时，数据采集高度超过待检测人体足部内外踝骨中较高者的50mm。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤四中局部坐标系建立方法的具体步骤为：取足底平面为XOY平面，由足底指向小腿的一侧的XOY平面法向量为局部坐标系z轴正方向，位于XOY平面内并由足底指向脚尖方向的单位向量为x轴正方向，y轴垂直于X轴，y轴正方向根据右手坐标系规则确定。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤五中起始平面为z=10-60mm，终止平面为z=80-200mm，并且以0.5-3mm为间隔高度从起始平面到终止平面对步骤三所得的封闭曲面进行截线。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤五中起始平面为z=50mm，终止平面为z=100mm，并且以1mm为间隔高度从起始平面到终止平面对步骤三所得的封闭曲面进行截线。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤五中对于封闭曲面进行截线操作的具体求解方法为：
首先，将网格曲面中的每一个三角形的三个顶点带入截面方程并判定结果的正负号；
进一步地，如果三个顶点同号，则证明当前三角形与平面不相交，退出流程；如果异号，则分别计算三角形三条边与平面的交点，必有两个交点落在三角形上；
进一步地，将所得的交点进行首位相连，生成封闭曲线。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤十中脚跟的类型分为正常内旋，轻度内旋，中度内旋，严重内旋，正常外旋，轻度外旋，中度外旋，严重外旋八种类型。
优选的，在上述人体脚型脚跟内外旋检测方法中，步骤十中脚跟的判定标准为：为正常内旋，为轻度内旋，为中度内旋，为严重内旋；为正常外旋，为轻度外旋，为中度外旋，为严重外旋。
本发明的有益效果是：
本发明通过实物数字化装置对足部进行数据采集，再采用移动立方体Marching Cub方法对脚型进行判断，实现自动判断脚型的目的，相对于现有技术通过肉眼判断脚型而言，克服了肉眼诊断的操作复杂、步骤繁琐的缺点。本发明属于工业级精度，坐标数据更加稠密准确，提高了人体脚型诊断的可靠性，精确度高，0误诊率，效率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1是本发明截平面与网格曲面交线的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种人体脚型脚跟内外旋检测方法，解决了无法测量人体形态、曲线特征，测量速度慢，工作量大，误差大的问题。
为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
图1是本发明截平面与网格曲面交线的结构示意图，如图1所示，人体脚型脚跟内外旋检测方法，包括如下步骤：
步骤一，利用实物数字化装置获取待检测足部的离散点云数据；
步骤二，采用移动立方体Marching Cub方法对获得的足部离散点云数据进行三角化，生成网格曲面；
步骤三，对所得网格曲面进行孔洞修复，使通过三角化生成的网格曲面为一个封闭曲面；
步骤四，建立局部坐标系，为三维坐标系，并使全局坐标系与局部坐标系重合；
步骤五，从起始平面到终止平面对步骤三所得的封闭曲面进行截线，并记录各层截线中y轴坐标最大和最小的截线点；
步骤六，假设步骤五所得各截线y坐标最小点构成的点集为PA，各截线y坐标最大点构成的点集为PB，则将PA中y坐标最小者识别为外踝点，将PB中y轴最大者识别为内踝点，进而找到足部内外脚踝点；
步骤七，以过内外踝点且法向量垂直于z轴的平面为截平面，求截平面与网格曲面的交线；
步骤八，找到交线中z坐标的最大和最小值所在的点A、B，并找到位于z坐标最大和最小值附近y坐标最大和最小值的拐点C、D；
步骤九，记A、B点的中点为M₁，内外踝点的中点为M₂，C、D点的中点为M₃，进行计算旋角，具体公式如下：
Ang=acos(M2M1→·M3M2→)×180/πM3(y)>M2(y)-acos(M2M1→·M3M2→)×180/πM3(y)≤M2(y);]]>
其中，Ang表示旋角，M₃(y)表示M₃点的y值，M₂(y)表示M₂点的y值；
步骤十，将步骤九求得的旋角值与足部内外旋判断标准进行比较，进而判定脚跟内外旋类型。
本实施例步骤一中的实物数字化装置为白光扫描仪或激光扫描仪。
本实施例步骤一采用实物数字化装置进行数据采集时，数据采集高度超过待检测人体足部内外踝骨中较高者的20-100mm，优选为50mm。
本实施例步骤四中局部坐标系建立方法的具体步骤为：取足底平面为XOY平面，由足底指向小腿的一侧的XOY平面法向量为局部坐标系z轴正方向，位于XOY平面内并由足底指向脚尖方向的单位向量为x轴正方向，y轴垂直于X轴，y轴正方向根据右手坐标系规则确定。
本实施例步骤五中起始平面为z=10-60mm，终止平面为z=80-200mm，并且以0.5-3mm为为间隔高度从起始平面到终止平面对步骤三所得的封闭曲面进行截线；优选的，选取起始平面z=50mm，终止平面z=100mm，并且以1mm为间隔高度。
本实施例步骤五中对于封闭曲面进行截线操作的具体求解方法为：
首先，将网格曲面中的每一个三角形的三个顶点带入截面方程并判定结果的正负号；
进一步地，如果三个顶点同号，则证明当前三角形与平面不相交，退出流程；如果异号，则分别计算三角形三条边与平面的交点，必有两个交点落在三角形上；
进一步地，将所得的交点进行首位相连，生成封闭曲线。
本实施例步骤十中脚跟的类型分为正常内旋，轻度内旋，中度内旋，严重内旋，正常外旋，轻度外旋，中度外旋，严重外旋八种类型。
本实施例步骤十中脚跟的判定标准为：为正常内旋，为轻度内旋，为中度内旋，为严重内旋；为正常外旋，为轻度外旋，为中度外旋，为严重外旋。
本发明通过实物数字化装置对足部进行数据采集，再采用移动立方体Marching Cub方法对脚型进行判断，实现自动判断脚型的目的，相对于现有技术通过肉眼判断脚型而言，克服了肉眼诊断的操作复杂、步骤繁琐的缺点。本发明属于工业级精度，坐标数据更加稠密准确，提高了人体脚型诊断的可靠性，精确度高，0误诊率，效率高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。