CN1042296A - 应用莫阿干涉条纹分析测量脚形的脚形测量设备及方法 - Google Patents

Abstract

通过产生代表脚掌莫阿干涉条纹图形测量脚形的脚形测量器，该莫阿干涉条纹图形图象收集和存储在图象存储缓冲器中，分析该图象以确定脚上至少两个有关点的位置，并计算相当于该两点距离的信息。在优先选择的实施例中，用索贝尔(Sobel)对合法处理收集到的图象以增强图象的边缘。本发明公开处理程序的装置及方法。

Description

本发明涉及人的脚形测量装置。具体地说，本发明涉及测量脚形的装置，该装置通过产生承受重量的脚掌的莫阿干涉条纹图形，然后对该图形进行分析以确定脚形而测量脚形。

过去的测量脚形的器械，一般使用两种不同操作法之一。

第一种方法涉及通过用脚侧与一个探头实际的接触，对脚形作机械测量。例如，多数鞋店中使用的一般脚码测量工具，一般有两个块体，一个固定，一个沿两块体之间的距离标尺滑动。将脚跟接触固定块，推动滑块，使之与脚趾接触，然后可从标尺读出脚的长度。但是使用与脚实际的接触的器械时，即使量同一只脚，而由于脚组织的可压缩性，并且难以测定精确的接触时间，往往产生不同的测量结果。

第二个方法涉及将待测量的脚放在一个对有光或无光敏感的探测器阵列上。然后从上方对脚照明，通过对探测器进行扫描，以确定该脚的轮廓。这类器械的一个实例，可见于颁发给加德纳（Gardner）的美国专利第4，538，353号及与之相关的颁发给加德纳等人的美国专利第4，604，807号中。

这方法为上述第一方法的改进，其改进在于它产生一个完整的脚部轮廓，而不是仅为一个宽度或长度的单一直线量度。并且还不需要与脚侧实际的接触，此方法提高测量的可重复性。但是此方法有若干本身的不正确性。人脚没有正方形的侧边及与之垂直的脚掌。恰恰相反，人脚则为弧形，从脚掌与支撑平面接触的部分则为平直。在脚底弓范围中，从脚边向里的一段相当大的距离中，脚掌不能与支撑平面接触。

脚部的这种三维量度性质，可使光泄漏到脚缘下方，激励检测器，检测出的脚部轮廓比实际的脚要小很多。缩小的程度取决于受测量的脚。有的脚可能周缘与支撑平面紧密接触，或者只有很小或甚至没有脚底弓，从而比其他的脚覆盖较多的检测器。假如测量时没有用正常的体重加载，则也可能发生尺寸缩小现象。

这第二种方法又因为难于从脚的上方直接提供准直照明，而有投射脚和腿的阴影的问题。

这种先有技艺领域的测量器械，已普遍用于脚部测量，决定鞋的尺码和宽度。但很多时间，人们需测量脚部，以制作矫形垫用以平衡脚部至一个跖行姿态。

过去制作这种鞋垫通过模仿脚的轮廓压印在永久变形材料以制造模具。然后直接用该模具制造鞋垫，或用从第一模具制造的正塑型上取得的第二模具来制造。然而脚部在变形介质中的插入角度上的微小变化，便可导致模具不正确，也导致鞋垫的形状不正确。如果使用本发明的脚形测量设备测量脚只，便不存在这些问题。

因此，本发明的一个目的是提出一种脚形测量器，该测量器可在有正常立姿的脚的载荷下，在高于支撑平面的高度上，测量脚的尺寸。

本发明的第二目的是提出一种脚形测量器，该测量器可测量脚的周缘内的脚底弓及脚的其他特点。

本发明的另一目的是提出一种脚形测量器，该测量器可将脚的图象记录以备以后查阅与分析。

本发明的又一目的，是提出一种脚形测量器，该测量器可产生脚部的测得量度或脚上一个位置的“特征”，将该特征和以前测得的脚的一个数据库比较以选择形状适当的鞋或垫。

上述及其他的目的对本领域的普通技术人员是容易理解的，也可为本发明所实现。本发明提出的一种脚形测量器，包含一个用以产生表示待分析的脚掌的形貌的莫阿干涉条纹图形。配设以一个图象收集装置以将莫阿干涉条纹图形收集并存储入一个图象存储缓冲器中。然后将收集的图象提供给一个图象分析装置，该装置对莫阿干涉条纹图形的图象作分析，以便至少确定脚上两个有关点的位置。然后用一个计算装置对诸如相当于两点之间距离的脚长度或宽度或适当的鞋码及鞋垫等信息进行计算。

在优先选择的实施例中，首先用一个图象处理装置处理已收集的图象，增强已收集的图象的边缘。图象处理可用索贝尔对合技术或其他象边增强技术进行。

首先用已处理的图象识别有关点的约略位置，然后仅在粗略确定位置的附近检查未处理图象，寻找其准确位置，这样便可更准确地确定有关点的准确位置。

在一种最优先选择的设计中，图象处理装置仅处理收集的图象的窗口部分。窗口部分主要限制于包含脚形的图象部分，因而减少处理时间。在作两足分析时，包含第二只脚的图象第二窗口部分在处理前可以是左右颠倒的倒镜象，使得可用相同的处理程序处理左右部分的图象。

图1为本发明的脚形测量器装置的透视图。

图2为本发明的侧面剖视图，示出本发明的主要物理及光学元件。

图3为防止外部光线进入本发明装置的遮光罩细节图。

图4a-4d示出一只脚图象处理过程的各种状态。

图5示出脚部上的若干主要点及测得的量度。

图6a-6c为表示图象处理结果的曲线图。

图7示出索贝尔对合图象处理法的3×3索贝尔象核。

图1示出本发明脚形测量器的透视图，以标号10表示其整体。

主要的电气元件及光学元件放在主壳12中，其一部分突出形成一个踏级14。踏级14的上表面由透明支撑板16（图2中较清晰可见）覆盖，主壳中的光学元件可透过该透明支撑板观察脚掌。踏级部分的两侧各有一个扶拦18，使待检查脚部的患者可舒适地站在支撑板上。

一个不透明遮光罩20（其细节示于图3）圈围患者脚部，以防从下面可以看到患者的腿及足踝。遮光罩的设计可防外部光进入壳体。它包含两个供放入患者腿部的孔的不透明织物。隙缝21使遮光罩20可围包患者的脚部，见图1。锁扣23可用尼龙搭扣形成，以将遮光罩紧扣在其位上。

放在主壳体上的一个监测器22，用以显示患者脚部的各种图象。在主壳上部部分中的监测器下方安装一台计算机24，其中有传统的可更换媒体磁盘驱动器26。

如下文所详细叙述，所用的计算机必须有足够大的容量以承担图象处理的任务。使用INTERL    80286微处理器的IBM    AT计算机或类似机型很适合作这种用途，尤其在时钟速度超过8兆赫运转时更加适用。

可更换媒体磁盘驱动装置26，最好能存储1兆字节信息。然后可将关于患者脚部的测量数据以及脚部的图象作为患者的病历记录存储在磁盘中。

现参看图2，可以看到主要电气元件及光学元件。一个光源28可调节地安装在光源台30上，将一束部分准直照明光线通过一个光阑32向下照射。

光阑32内包括一个矩形孔33，将光束35约束成一个矩形光束，防止外来光线通过摄影机台34的下方。

然后用定形光束35照射照明镜36，光束向上反射，沿图中箭头38表示的光路照明脚部。此光线传播所沿的光路的方向在本文中以下称为“第一方向”。将照明镜36在可调安装架40上移动，便可改变第一方向38，安装架40可将照明镜36的一端升降，以改变入射角及反射角。

脚掌用通过透明支撑板16的定形光束38均匀地照明。支撑板16表面上形成一个线性光栅41。光栅用图2中支撑板16上的致密间隔的垂直阴影线一般表示。但应理解线性光栅41，实际为一组在支撑板16表面上的致密间隔的精细平行不透明线。光栅线沿与图2切割平面垂直的方向上横过该表面，也就是从图1中所示的患者的右方伸向左方，与支撑板16的前、后缘平行。

在优先选择的实施例中，将这些不透明光栅线直接刻划在支撑板16的表面上，该支撑板用具有足够强度的钢化玻璃制作可轻易地支持患者的体重。刻划线间的中对中距离最好是0.7mm，线条宽度0.3至0.4mm，但是，线性光栅只要能如下文所述产生表示脚掌形貌的莫阿干涉条纹图形即可，也可改变上述的量度。

也可以用一组细的平行金属丝挂在支撑板16下面的框架上。或用透明膜片在其上面用摄影方法复印不透明线以制作适当的光栅。

光束38通过不透明光栅线条时，形成一组投射到脚掌上的阴影线。凡是脚掌与支撑板16接触或平行的部分上，这些阴影线均呈直线，而凡是脚掌离开支持板的部分上，阴影线则沿脚的等高线弯曲。阴影线的位置及其对直线的偏离，携带着脚掌离开支撑板的高度的信息，该信息通过下述程序取得。

光接触到脚掌后，通过光栅41反射到直接放在脚下的摄影镜42，再反射到第二摄影镜44上，射入摄影机46中。在优先选择的实施侧中，摄影机46配置成直接指向下而对着第二摄影镜44，该第二摄影镜44设定成倾斜45°的角。摄影镜42也设定成倾斜45°的角度，于是摄影机可以看到沿箭头48所示方向上的脚部图象，在本文中该方向称为“第二方向”。应注意到第二方向48定义成与在这点上光线传播的方向相反。

由于第二方向48基本与支撑板16的平面垂直，摄影机46中看到的图象在全部图象面积上有均匀的标度。

虽然未在图中示出，但支撑板16的表面上还标上若干基准点，距离标尺和窗口框标线，以供（1）对设备进行调校并校准，（2）摄影机中的图象（以象素为单位）的距离和支撑板表面上的距离之间的标度因子的换算，（3）供患者在支撑板上准确放置脚部。设备组装后，细心核对标度因子以保证整个图象面积中的标度因子基本上统一。

在优先选择的实施例中，光源28为100瓦光源。在这相当低的瓦数下，保持产生的热量最低，如果主壳有适当的通风便不须设置辅助排气风扇。

镜36，42及44都必须为高品质，但并不要求为表面镀膜精密光学精度镜，使用良好的平板玻璃镜即可。最好将三面镜子36，42及44安装在一个单一的盘50中，该盘可以拆卸以便对镜子进行清洁及调节。

如可从图2中清晰地看到，摄影机46通过支撑板16上的光栅41观察脚部。于是有直的光栅线条的无畸变图象叠加在有弯曲阴影线的脚部图象上。由于第一方向38与第二方向48不同，于是携带有关脚掌起伏信息的弯曲阴影线与光栅的直线干涉以产生一个干涉条纹图形。

这种干涉条纹图形称为莫阿干涉条纹图形。干涉条纹沿光栅表面上方的等高线上形成，其间距取决于光栅尺寸，第一方向38与第二方向48间的角差φ，和脚表面的斜率。于是摄影机46中所见到的图象具有脚掌的形貌图的样子带有在脚掌离开支撑板表面处出现形貌的干涉条纹线，该形貌的干涉条纹线主要出现于脚底弓和沿脚的周缘处。

图5示出摄影机46中观察的脚部的图象。在脚的边缘处脚的表面接近于与支撑板垂直，干涉条纹52集聚在一起，形成阴暗带，轮廓出脚部的真实外缘。通过确定沿这阴暗带的有关点的位置，便可精确确定脚的外部量度。

摄影机中观察到的脚部图象，实际上包含两组线，即直线光栅的线与通过光栅的光投射的弯曲阴影线。莫阿干涉条纹为一种由于发生于任何两组线相交处可见性增强而造成的光学效应。然而，与形成干涉条纹的两组线比较，这种莫阿干涉条纹显得更宽、更强，在图象上有较宽的条纹间距。当由摄影机观看图象时，摄影机没有将狭窄地间隔的光栅线充分分辨，在图象中看不到，仅能见到轮廓清晰的干涉条纹。

虽然由于其构造简单使用上述的特定装置以产生莫阿干涉条纹合乎理想，但其他的装置更为适用。例如可用一个投影器，将光栅的图象从第一方向投射到脚部上，而摄影机可从第二方向上通过另一光栅观察脚部。或另一种选择的方法，可以将第二组光栅线用电子装置附加在摄影机中观察到的图象上。

然而，无论怎样产生莫阿干涉条纹图形，最后它的一个图象将被收集并存储在一个图象存储缓冲器中，在优先选择的实施例中，摄影机46在内部传感器的阵列上形成莫阿干涉条纹图形的图象，产生规模为512×512象素的数字化图象。计算机24包含一个图象收集系统与摄影机46连接，当一个遥控开关起动时，收集并存储由摄影机观察到的图象。

初始的未处理图象包含512×512象素的阵列，每一象素的灰色标度值为零至255。这种分辨率已足以供莫阿干涉条纹图形分析之用，但发现有其他分辨率的摄影机也可令人满意地使用。

到此为止，归纳脚形测量器的动作，患者踏上支撑板16，面向主壳体12，手扶扶拦18。然后用遮光罩20围绕患者足部以防外来光线进入摄影系统而干扰测量。

计算机系统最好设计成能在监测器22上连续显示摄影机图象，从而使患者可在操作者的指导下移动脚部，使之与支撑板表面上的基准点正确对正。

一旦患者将脚放定，操作者启动开关或在揿压键盘（未示）上的按钮以向计算机发送信号，使之收集监测器上所显示的图象。收集到的图象包含由莫阿干涉条纹所携带的脚部形貌测量的编码的高度及形状的信息，该信息按下述通过图象的计算机化分析确定。

在多数情况下，主要关心的项目并非脚部在支撑板上方的高度问题，而是在支撑板表面上方的脚上一个有关的点在支撑板上的投影位置。例如，测定脚的长度时，最长脚趾的尖部一般不和支撑板接触。这点在支撑板上的准确高度一般并不重要，计算脚部长度时仅需知道该点在支撑板上的位置。如前所述，莫阿干涉条纹描绘脚的最大周缘，包括最长脚趾顶点和脚跟的端点等。因此，通过确定收集图象周缘上的各点，并测量各点间的距离，便很容易确定所需要的诸如脚长，踵宽，最大脚宽等的量度。

每当需要高度信息的时候，总是可通过对有关点和附近的与支撑板表面接触的一点之间的干涉条纹数进行计数而计算该高度。熟悉莫阿干涉条纹形貌测量分析的人都知道，每比前一条干涉条纹高出一个预定的高度，便又出现一条新的干涉条纹。高度差由下列关系式决定：

h＝ (d)/(tanφ)

式中h表示高度差，d为光栅线间距，φ为第一（照明）方向与第二（观察）方向的夹角。

于是，通过对与支撑板接触的一点和一个有关点之间的干涉条纹N进行计数，有关点的高度H便可用下列关系式求得：

H＝Nh＝ (Nd)/(tanφ)

在下面的揭示中，叙述如何求出每一个有关点及每条干涉条纹的位置。

在优先选择的设计中，将图象收集系统启动后，计算机自动地将图象处理，识别脚上的各个点，测定这些点间的距离，产生一个相当于这些距离的有用信息的输出。

一般产生的两个输出为脚的长度及宽度，可按长度单位或标准鞋码及鞋宽显示。

最好还测量脚上的另外若干点，这些点有关确定脚的形状的方法，及它如何承受加在其上的重量的方式。通过测量大量的脚只，每一只脚还经受过训练的医生仔细诊断，积累成为信息库。于是可测量待诊断的脚，与这信息库比较以产生一个输出量化脚与跖行状态的差异程度，从而有助于医生对该脚的诊断及治疗。

此外，信息库中可包含对一个标准鞋垫或过去已发现的平衡一只具有相似测量结构的脚至跖行状态的矫正法的对照资料。

因此，测量分析处理的另一输出可以是一个编码识别一种过去已经制造的鞋或可将脚平衡到无症状态的矫形鞋垫。对于脚的特殊结构问题，在数据库中找不到相应于过去已测量及诊断的脚型时，该输出可能是度脚订制的矫正鞋垫所需要的量度。

对于每一输出，出发点是识别脚上有关点的位置。例如，图5示出患者右脚;为从下方观看的收集的图象。两个有关点A及B分别相当于用以测定脚长的脚趾顶部和脚踵底部。周缘干涉条纹通过这两点，有关的差别标准是在图象顶部的干涉条纹上的点（点A）和在图象底部的干涉条纹上的点（点B）。

广义地说，全部过程包括（1）收集原始图象，（2）对图象进行分析，确定有关点的位置，（3）计算相当于点间距离的输出信息。

图象的收集及存储，包括迅速扫描整个512×512象素图象阵列，将相当于该象素照明度的一个8比特数字存储。可提供这种功能的传统图象收集系统C已广泛出售。完全收集的图象有两只脚的图象以及某些边缘区及支撑板上的基准点。如下所述，在优先选择的实施例中在收集的图象中的每一象素都是被处理过的。为提高处理速度，仅需存储包含实际的脚图象的图象部分。一般地对每只脚仅存储全部图象的一个窗口分图象，该窗口分图象也可减少计算机24中对储存器的要求和储存空间的要求。

在整个图象中凡有脚出现时，所要求的窗口的规模和位置都可用计算机计算以帧一只脚的每一个分图象。然而，已发现在支撑板表面上标出窗口，并在收集图象前，由操作者保证患者将脚放入窗口中则更为简单。在整个512×512象素的图象中，每一脚只的分象宽约100象素，高约300-400象素。

第二种简化处理程序是对左脚图象进行左右颠倒的镜象倒置使之它显现为右脚图象。这样便可将同一高速图象处理和分析程序用于左右脚的分图象上。

一旦收集初始图象，抽出分图象后，便可单独传送到图象分析器。在优先选择的实施例中，分析器为诸如IBM-AT或兼容计算机。这类计算机有适当图象收集系统的接口，易于购置，在这用途上有足够速度而价格低廉。

图象分析机操作的一种方法是直接法。在这方法中，图象分析机通过扫描脚部分图象的每一行象素，从脚尖开始向下工作，直到发现有脚周界莫阿干涉条纹的第一行为止来识别脚趾尖部的点A，包含干涉条纹的象素有与背影一个明显差别的图象强度级，可通过将每一象素与平均背景强度比较而进行识别。

可用一个相似的方法，通过从下向上查找各行以识别在踵部上的点B的行列编号。从左列向右列查找，便可找出设定脚的宽度的点G的及点H的位置。事实上，从早先识别脚周界上的点，通过依次逐个象素勾划出脚周界干涉条纹，从而识别脚周界上的每一个点。

上述直接找点方法虽然可行，但不幸必须极为细心以避免出现检测干涉条纹的位置的错识。图象的随机噪声，摄影机或光学器械的内反射等，都可能产图象中的点的亮度变化，从而错误地作为脚周莫阿干涉条纹而加以检测。

在收集的图象上采用图象处理以增强图象的边缘从而增强干涉条纹的边缘与背景的反差，已发现可实质上提高效果。

虽然已知有许多不同的边缘增强技术，包括快速傅里叶变换滤波法，罗伯次对合法等技术，但本发明已发现使用3×3象核的索贝尔对合依赖着点所在位置以增强垂直或水平边缘则具有最高的工作效率。

图7示出一个在图象处理也用计算机24执行的步骤中所使用的增强垂直边缘的3×3象核。该3×3象核有九个元素，包括三个行（r₁至r₃）和三个列（c₁至c₃）的数字，形式如井字棋图形。图7中的垂直对合象核按以下方法使用以产生有增强垂直边缘的处理图象：

1.在原始收集的图象中，选择位在行y，列x位置上的一个亮度大小为p（x，y）的象素。

2.将3×3象核放在所选择的象素上，使象核中的中心元素r₂c₂直接地叠置在所选择的图象象素p（x，y）上，周围的八个单元叠置在所选择的象素周围的八个象素上。

3.将3×3象核中每一个元素的数值乘积乘以该元素下面的图象象素的亮度。

4.将前一步骤中取得的数字相加以取得一个新的亮度级p′（x，y），并插入该和数作为在位置（x，y）上新处理的图象即垂直索贝尔处理图象的亮度值。

5.重复对全部原始象象素p（x，y）的该程序，以产生完全处理的图象。

具体而言，处理图象中象素p′（x，y）的值如下：

p′（x，y）＝r₁c₁p（x-1，y-1）+r₁c₂p（x，y-1）+r₁c₃p（x+1，y-1）

+r₂c₁p（x-1，y）+r₂c₂p（x，y）+r₂c₃p（x+1，y）

+r₃c₁p（x-1，y+1）+r₃c₂p（x，y+1）+r₃c₃p（x+1，y+1）

或将垂直3×3象核的实际元素代入：

则：

p′（x，y）＝p（x+1，y-1）-p（x-1，y-1）

+2p（x+1，y）-2p（x-1，y）

+p（x+1，y+1）-p（x-1，y+1）

图6a-6c示出这种处理法结果的简化二维曲线图表示法。图6a表示一只脚的沿一行象素例如沿图5中G-F线的象素通过未处理分图象的一个片。垂直标度示出在0至255范围内的象素的强度。水平标度示出沿G-F线上象素的位置。脚外的背景亮度等于或接近于零，在脚部内的亮度达到最大。脚外缘的点J与K之间，象素亮度逐渐增大。一个实际的分图象一般会比图6a的曲线图有基本上更大的波动性，因为在关于索贝尔处理法的本说明中未考虑干涉条纹及其他噪声。

再参看图7，可以看到列1中的元素与列3中的元素相等而符号相反，而列2中的元素全部为零。因此，凡未处理图象有均匀的不变化的亮度时（在脚的中部及背景区中），索贝尔对合值为零。象核右侧的象素的正作用，正好由象核左侧的象素的负作用抵销。这种抵销作用可从图6b中的点K-L之间，以及点J的左侧与点M的右侧看到。

然而，在象素亮度变化处，如图6a中的J-K之间与L-M之间，象核对该效果有不相等的作用。在原始图象的亮度递增处，如图6a中的点J与K所示，象核右侧的正作用超过负作用，形成图6b中点J与K之间的正“隆峰”。在数值递减处，如点L与M之间所示，负作用超过正作用，形成图6b中的L-M之间的负坑。

图6c示出图6b中对合效果的绝对值，该值避免在负亮度数值下图象显示的困难。

从图6c中可以见到，绝对对合可增强图6a中图象的左、右边缘的位置，明显地标出其位置。消除在图象中的随机噪声与波动的方式则更难以看出，然而也因为采用3×3象核而消除了该随机噪声与波动，使之更易在H和I处确定边缘的位置。

虽然上面已参照关于垂直索贝尔对合法增强图象中的垂直边缘作过叙述，但仅需在使用前将图7中的3×3象核旋转90度就可取得对水平边缘的相同效果。假如使用绝对对合时，则旋转方向便不重要。

图4示出本发明中的若干实际的经过边缘增强处理的图象。图4a示出绝对水平索贝尔对合。亮度用在每一象素位置上打印的点的尺寸模拟。图4b与图4a相同，除了前者已被阈化，即具有处理后亮度在阈值以下的全部象素设定为零（图中所示的白色处）。在图4a及4b中，很容易就看到在例如脚趾和脚踵的端部的水平边缘已被加重，而垂直边缘例如沿脚的边缘几乎从图中消失。

与之对比，图4c示出阈化绝对垂直索贝尔对合。在这图象中，脚趾和脚踵已几乎消失，而脚图象的垂直边缘深暗并加强。

图4d示出阈化负垂直索贝尔对合，类似于倒置的图4b，在这图象中没有记录对合后的每一图象亮度的绝对值，而仅完成一个阀化程序。这阈化程序消除全部负值点，仅使沿脚心或脚内边缘的一个边缘可见。这种处理法可用以轻易地识别仅沿这特定脚缘上的点。

虽然图7所示的3×3象核为优先选择的象核，但象核元素也可用其他的数值，或将象核扩大为5×5，7×7等等，以提供进一步边缘增强及使边缘平稳的效果，但相当大程度上减小图象处理步骤的速度。

现继续对操作作叙述，对收集到的图象开窗口，分成两个分图象，左、右脚各一个分图象。将一个分图象的左、右颠倒，形成两个相似的分图象，可按同样的方法分析，使脚心侧永远处在图象的右侧，如图4及5所示。

在最优先选择的实施例中，在将分图象用索贝尔对合法处理及阈化操作前，先将分图象“剪取”。“剪取”与阈化相似，因为每一图象象素都经与一个剪取值比较，该剪取值与阈值相似，被设定在平均背景亮度级以上及在脚图象区的平均亮度级以下。但在剪取操作中，将剪取级以下的每一象素的亮度提高到剪取级，而不同于阈化操作时降低到零。

剪取操作可消除大部分背景噪声波动而不致引起在刚低于和刚高出剪取级的点之间的亮度级的人为边缘及跳跃。

虽然任何有关的点都可识别，但一般要识别的点是图5中的A到G点。为识别点A，首先将图象剪取，然后如图4b所示作为阈化绝对水平索贝尔对合进行处理。然后按在直接分析程序所述从上部开始向下分析已处理的分图象中的每一行象，直到识别了包含增强的边缘的行为止。

虽然该处理程序可消除原始图象中的许多噪声波动，但这种消除也倾向于略为减弱边缘的清晰度，使确定边缘的准确位置更加困难。其结果，通过设定一个阈值级及在已查找的有高于阈值的象素行中找出全部象素。便可从处理的象素中极易地挑选出边缘的近似位置。该处理程序保证这些象素非常接近边缘的实际位置，且不会产生严重的位置误差。然而因为处理时，发生的内在的修平性质，则实际边缘位置更难以准确确定。因此，在本发明的优先选择的实施例中，在点A近似地设置在已处理的图象中的位置后，收集到的原始未处理过的分图象，仅在先前已识别的点A近似位置的附近用图象处理器检验，以便确定点A的准确位置。

用一种相似的方法，点B的位置是通过从下向上扫描已处理的图象的每一行进行识别的。

准确确定点A及B的象素座标位置后，图象分析器将向计算装置提供这信息，该计算装置的功能最好也由计算机24执行。

然后计算装置可通过测定包含点A的象素的行和点B的象素的行之间的行编码之差来计算出脚的长度。然后可应用在先前测定的图象的标度因子按所要求的单位计算以求出脚长，然后可换算成鞋码。

按以上所述可确定脚上每一个有关点的位置并可计算出脚部的各种尺寸。为便于对本发明作叙述，已将图5中的点A至点G定位。这些点的相对位置形成脚的一个“特征”，可以之与其他存储的脚特征图形的数据库比较，确定与该脚特征图形最相似的图形。

由于在数据库中产生每一脚特征的脚只，都在过去经过仔细分析而该分析结果已对每一脚特征作索引，因此计算装置可用以选出对适应的脚特征的分析。假如仔细选择该特征点，生成的输出则可提供准确的脚形指示。

已发现点A-G形成用以选择鞋码及鞋宽，矫正鞋垫长度，其踵部及前掌下区域宽度等的适当特征。还可增加其他的点，以精选用以提高准确诊断诸如如平底脚、过前旋等脚构造问题的脚特征。

为形成点A-G的特征，首先按上述确定点A及B的位置，并计算出脚的长度。然后通过检查图4c中的已阈化绝对垂直索贝尔处理的图象，确定点C及D之间的脚踵宽度。

最好通过选定待分析象素的一个行，确定点C及D，该C及D点从脚跟点B向上为脚的长度的选定百分比。在上述实施例中，这选定百分比是脚长的12%，通过经验确定，以对该特征给出一个良好的踵宽的指示。然后扫描在12%点上的象素行，首先在已处理的图象中识别点C及D的近似位置，然后在未处理的图象中确定最终的准确位置。

点E位于第一跖骨的头部。当脚正确放置在支撑板上时，点E将是脚周界上最右方的一个点，如在图5中所示。这点可用与点A及B相同的方法从右侧扫描而不从上部或下部扫描而识别出来。

点F的位置约在点E下2mm处。这点也通过经验确定，提供了一个有利于测量脚宽的点。其次，图象分析器分析沿线F-G的一个行的象素以确定脚的宽度。

从上面的说明可见，计算机24最好能提供处理图象的全部功能以增强边缘，分析图象以确定有关点的位置，并计算出系统的输出。

然后将计算出的输出在监测器上显示，也可在用打印机或其他输出装置打印。未处理的图象及输出信息也可在磁盘驱动装置26中的磁盘上写以存储入患者病历记录中。

于是可见上述所提出的目的，在上面说明中已解说清楚并能有效达到，由于可将上述结构作某些变化而不脱离本发明的精神与范围，全部上述事实如附图所示，均应认为仅作为说明而无限制性的意义。

Claims (29)

1、一种脚形测量器，其特征在于包含：

用以产生表示待分析脚只脚掌形貌的莫阿干涉条纹图形的装置；

用以将在一个图象存储缓冲器中收集并存储该莫阿干涉条纹的图象收集装置；

与图象接收装置有效连系，用以对莫阿干涉条纹图形的图象进行分析，确定在脚上至少两个有关点的位置的图象分析装置；及

用以计算相当于该两点间距离的信息的计算装置。

2、如权利要求1所述之脚形测量器，其特征在于还包括用以增强收集到的图象边缘的图象处理装置。

3、如权利要求2所述之脚形测量器，其特征在于该图象处理装置通过索贝尔对合法进行边缘增强处理。

4、如权利要求3所述之脚形测量器，其特征在于该索贝尔对合法采用3×3象素的象核执行图象处理。

5、如权利要求2所述之脚形测量器，其特征在于该图象处理装置择优地增强基本上与脚只的中线垂直的边缘。

6、如权利要求5所述之脚形测量器，其特征在于由图象处理装置识别的至少两个点中之一个点位于脚踵后面，另一个点则位于伸在最前面的脚趾的端部上，该两点之间的距离用计算装置计算以测定脚的长度。

7、如权利要求2所述之脚形测量器，其特征在于该图象处理装置择优地增强基本上与脚只的中线平行的边缘。

8、如权利要求7所述之脚形测量器，其特征在于该图象分析装置识别的至少两点中之一个点，位于脚的内侧缘，另一点位于脚只的外侧缘，计算两点间距离以测定选定位置上的脚宽。

9、如权利要求8所述的脚形测量器，其特征在于用计算装置首先选定测定脚宽用的选定位置，该计算装置首先计算脚的长度，然后通过选取脚的计算长度的一个预定百分比，计算出该选定位置。

10、如权利要求9所述之脚形测量器，其特征在于通过识别约在脚长12%处的脚内、外缘上的点，测定脚踵宽度。

11、如权利要求8所述之脚形测量器，其特征在于在图象分析器识别脚上的一个有关的特定点后，计算装置选定测定脚宽用的选定位置，计算出该选定位置作为离开有关特定点的预定距离。

12、如权利要求11所述之脚形测量器，其特征在于有关特定点位于第一跖骨的基部。

13、如权利要求12所述之脚形测量器，其特征在于脚宽在向着脚跟的方向上离开第一跖骨的头部约2mm处测量。

14、如权利要求2所述之脚形测量器，其特征在于该图象分析装置首先分析图象处理装置的包括增强边缘的输出以确定该两点的近似位置，然后分析近似位置附近的无增强边缘的图象，以确定该两点的最后准确位置。

15、如权利要求1所述之脚形测量器，其特征在于用以产生表示脚掌的莫阿干涉条纹边缘图形的装置包含：

一个适合于支持至少一只脚站在支撑板的人体重量的透明支撑板;

一个光栅;

一个光源定位在沿第一方向通过光栅对脚部照明之处，使光栅投射的阴影图形在脚掌上形成;

一个摄影机定位在第二方向上通过光栅观察脚部之处。

16、如权利要求15所述之脚形测量器，其特征在于摄影机定位在观察脚部的第二方向处，基本与支撑板的平面垂直。

17、如权利要求15所述之脚形测量器，其特征在于达到脚只的照明光经照明镜反射后沿第一方向传播。

18、如权利要求17所述之脚形测量器，其特征在于照明镜可调节，以将第一方向改变。

19、如权利要求15所述之脚形测量器，其特征在于至少另有一个摄影镜，该摄影机在第二方向上从该镜中观察脚只。

20、如权利要求19所述之脚形测量器，其特征在于还另外包括两个摄影镜，该两摄摄影镜中之一个镜设置在支撑板下面。

21、如权利要求20所述之脚形测量器，其特征在于该摄影镜安装在一个可拆卸的盘中。

22、如权利要求15所述之脚形测量器，其特征在于还另外包括一个不透明遮光罩覆盖支撑板及脚部的上表面，有一个可供人腿从其中穿过的孔以防止外来光线进入摄影机中。

23、如权利要求22所述之脚形测量器，其特征在于该遮光罩的孔套在脚踝下面，以防止摄影机观察到脚踝或腿部的图象。

24、如权利要求1所述之脚形测量器，其特征在于还另外包括输出装置用以向脚形测量器操作者提供已计算的信息。

25、一种脚形测量器，其特征在于包括：

一个光栅;

一个光源用以在第一方向上通过光栅照明脚部;

一个摄影机定位在从第二方向上观察脚掌处;

图象收集器用以从摄影机收集并存储第一图象;

图象处理装置用以用边缘增强计算法处理第一图象以产生第二影象;

图象分析装置，该装置分析脚部的第二图象以便近似地识别在该脚部上的至少两个点的位置，然后在近似位置附近分析第一图象，以识别该两点的准确位置;

计算装置用以计算相当于该两点距离信息。

26、如权利要求25所述之脚形测量器，其特征在于其中第一图象包双脚图象，图象处理装置处理第一图象的第一窗口部分，该窗口部分主要限制于仅包含一只脚图象的第一图象的部分。

27、如权利要求26所述之脚形测量器，其特征在于其中图象处理装置处理第一图象的第二窗口部分，所述第二窗口部分主要限制于仅包含另一只脚图象的第一图象的部分，所述第二窗口部分在作处理前，将左右侧倒置。

28、测量脚形的方法，其特征在于包括如下步骤：

（a）产生待分析的代表脚掌形状的莫阿干涉条纹图形。

（b）收集和存储莫阿干涉条纹图形;

（c）处理第一图象以增强边缘，从而形成第二图象;

（d）对第二图象进行分析以确定脚上至少两个有关点的位置;

（e）计算出相当于该两个有关点距离的信息。

29、如权利要求28所述之测量脚形的一种方法，其特征在于还包括分析位于第二图象上的两个点中最少一个点附近的第一图象以取得该至少一点的较准确的位置的步骤。

Images