一种用于测量身体特征的系统、设备和方法
【专利摘要】本发明提供了一种使用光学测绘产生身体特征的三维测绘的系统；该系统包括沿预定轴测量采集片上的至少一个配准标记的移动以及使用至少一个配准标记的移动的该测量来提供身体特征指示符的装置。本发明还提供了一种用于测量身体特征的设备以及一种测量身体特征的方法。
【专利说明】
一种用于测量身体特征的系统、设备和方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于测量身体特征的系统、设备和方法。本发明的系统和方法是相关的，尤其但不仅是用于根据特定的人的身体特征的床垫选择。
[0002]当购买或选择床垫时，就选择将适合他/她的特定人体特征的床垫而言，目前几乎没有信息来指导使用者。床垫表现为从基本质量到高质量的一般范围，并未考虑到使用者的特定体形，并且没有试图将床垫特征与使用者的人体特征匹配。这与例如鞋子的挑选过程形成了鲜明对比，其中鞋子挑选过程涉及考虑使用者的人体特征，包括足长、足宽，以及在选择鞋子时考虑足弓高度，并且鞋子根据相关参数加以分类。
[0003]最近的研究(贝恩1997博士论文，萨里大学(Bain 1997 Phd Thesis ,Universityof Surrey)，)表明，使用者体形与最佳床垫特征之间存在某些关系。例如，为了在侧躺(通常认为对防止背痛是理想的)时保持脊柱对齐，床垫的最佳坚度取决于骨突(诸如大转子和髂骨)的矢状平面的宽度，以及取决于使用者的体重分布。床垫需要提供恰当量的阻力，以允许这些骨突以恰当的距离移置到床垫中而保持脊柱笔直。所需的阻力的量取决于所提及的使用者参数。
[0004]当仰躺时，通常认为应使脊柱的自然弯曲(包括腰部曲线、胸部曲线和颈部曲线)保持舒适。又一次，已经证明，保持这些曲线的床垫的最佳特征取决于个体使用者形状。例如，具有较紧凑(较小半径)腰部曲线的使用者可能需要这样一种床垫:在床垫的相邻区域之间具有较大的差分屈服。这不仅对床垫的坚度有影响，而且对支撑物的空间分辨率(例如，弹簧每平方米，或泡沫分布密度)和衬垫顶层的拉伸性能有影响。整体柔软、但具有非常粗劣的弹簧分布或刚性吊床状外罩的床垫将不能够适应紧凑突出的腰部曲线。
[0005]因此，本发明涉及一种经济的系统和设备，其在设置或操作中要求很小的精度，用于测量和分析个体使用者的重要参数而用于辅助床垫选择的目的。
【背景技术】
[0006]先前已经采取了一些步骤而试图提供与个体使用者相关的信息，这可用于告知床垫的选择。
[0007]一个实例是压力测绘。在该方法中，由二维阵列的压力传感器构成的压力测绘装置用于显示使用者躺在床垫上时的皮肤上的压力分布的二维图。名义上，可以对床垫的某些参数加以修改以优化压力分布。该方法有许多问题。一个问题是:就保持良好的姿势而言，并不能很好地理解什么将构成好或不好的压力分布。压力图的当前认识和说明主要集中在医院患者的压疮问题上，并且因此更多地涉及可引起较差良皮肤灌流的高压定位区。用于调节充气压力以使峰压力值最小化的策略可有效保持皮肤健康，但是对保持良好的睡姿几乎没有用处。
[0008]此外，压力测绘技术昂贵，并且在许多零售店费用高得可能令人负担不起。还需要大量的专业科学专门技术来保持、校准或操作压力测绘系统而以这种方式来获取有效结果。这种专门技术水平很可能不存在于零售环境中。
[0009]最近(贝恩、哈伯德、沃尔夫森(Bain ,Hubbard ,Woolf son))开发了一种用于采集人体的基本简化形状的系统。然后，该形状可以与历史数据一起使用而使人体形状与床垫偏好相关联。在美国专利说明书n0.US2011/0009776中公开了该系统。
[0010]然而，该系统还表现出某些限制。人体的三维形状未被采集。有关体型的信息仅从前视图和侧视图的二维轮廓中推断，并因此依赖于一些广义的假设，并且只能广义地对体型加以分类。
[0011]此外，本领域的一些技术人员认为处于站立位置的体型的采集不能代表躺下时的体型，尽管也普遍认为躺下时采集的形状会表现出人体姿势早已扭曲的不理想状态。
[0012]应当理解，整个本说明书中对“人”和“身体特征”的引用应解释为分别是指人或动物和人体或动物身体。因此，本发明适用于人和动物寝具。
【发明内容】
[0013]本发明提供了一种使用最佳光学测绘生成身体特征的三维测绘系统;所述系统包括沿预定轴测量人体的至少一个点运动以及利用所述至少一个点的运动的测量来提供所述身体特征的指示器。
[0014]优选地，所述指示器具有柔性表面，所述柔性表面用于捕捉或测量人体置于所述柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面。
[0015]理想地，所述指示器具有柔性表面，柔性表面用于测量在所述人体被置于柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面；以及用于提供待施加在所述人体上的有效压力的装置，所述施加在所述人体上的有效压力小于自然重力所施加的压力。
[0016]该系统优选地所述指示器包括有支撑装置，支撑装置支撑所述柔性表面，在所述柔性表面与人体之间设置有一个建模界面(接口)。
[0017]支撑装置可选地可包括支撑框架、支撑偏置装置(诸如弹簧);或平台，优选地为刚性平台。
[0018]该系统可以包括这样的装置:用于将三维形状和/或压力分布信息与现有参数据结合而使这些参数与床垫偏好相关联，从而为床垫选择提供建议。
[0019]在另一方面，本发明提供了一种用于测量尤其是与床垫选择相关的人体特征的设备，该设备包括采集片，其配置成使人体与支撑表面之间的建模(界面)接口，优选地利用人体与支撑表面之间的减小压力进行建模。该设备可以包括这样的装置:用于将三维形状和/或压力分布信息与现有数据结合而使这些参数与床垫偏好相关联，从而为床垫选择提供建议。
[0020]有利地，在该实施例中，该界面(接口)是测量所述人体斜卧在倾斜平台上时的受试者的形状来表征。
[0021]便利地，该界面(接口)通过测量受试者与界面之间的界面压力分布来表征;优选地，其中测量界面压力分布通过使片材料披盖在受试者的形状上而实现，然后记录该材料的形状。
[0022]优选地，材料形状的记录通过对标记或投影在片材料上的配准点进行斜向拍摄而实现。
[0023]可优地，材料形状的记录通过对标记或投影在所述片上的配准点进行立体拍摄而实现。
[0024]优选地，配准点从一个角度投影并从另一个角度拍摄，以得到三维位置信息。
[0025]更优选地，所述片上的配准点将大致垂直于平台平面而移动，从而允许仅使用一个摄像机而实现近似的三维形状。
[0026]在又一方面，本发明还提供了一种使用最佳光学测绘生成人体特征的三维图像的方法。因此，本发明提供了一种包括以下步骤的方法:将三维形状和/或压力分布信息与现有数据结合而使这些参数与床垫选择相关联，从而为床垫选择提供建议。
[0027]现有用于测定床垫机械性能的技术，所述机械性能包括压痕硬度、符合详细形状的能力以及粘性恢复至偏转的速度。先前研究已表明，具有各种不同体型的人可最佳支撑在具有相应的相关不同性能的床垫上。例如，具有明显骨突的体重很轻的人将需要非常柔软的表面，使得骨形状将受到很小的力，从而将压力分布于大面积上。然而，大且重的人将直接沉入这种床垫，并且停留在下面的硬表面上。再如，重的人在包含缓慢移动的粘型泡沫的床垫上将倾向于陷入躺了许多分钟后形成的“凹陷”中，使得后续翻转或重新定位变得困难。体重更轻、更灵活的人将不会遇到这些问题，而将从粘型泡沫的改进适应性能中受益。诸如肩宽、臀宽、苹果或梨形肥胖、腰部、胸部、颈部区域的自然脊柱弯曲的进一步的人体性能都对优选的床垫类型具有影响，这已通过个体消费者偏好得到经验式验证，并且与个体消费者体型有关。
[0028]本发明的系统、设备和方法以本文所述任意实施例来操作，不管其具有连接至水平刚性平台的采集片，而用于斜卧位的直接采集，或基于垂直刚性平台，而用于站位或用于不同程度的‘减少的有效重力’斜卧位之间的所有点的直接采集。
[0029]在可替换的实施例中，提供了减少功能性版本的本发明系统、设备和方法，其使用了压力测绘阵列而非浮式织物。压力测绘包括:通过使用分布在支撑表面之上、中或之下的传感器或变换器，以传感器测绘的形式或其他方式来测量人体与支撑表面之间的界面压力测量。就该减少功能性的实施例本身而言，不包含采集片，由于将消除完全重力下人体与支撑表面的界面所造成的体型扭曲，因此用于提供三维图像数据的摄像机及功能将提供增强的或“更精确的”压力测绘数据。
[0030]在该可替换的实施例中，系统将不提供有关人体轮廓或脊柱弯曲的三维信息。然而，其将在基座上提供压力分布图，在压力测绘阵列之上可以装配有薄型标准化蜂窝泡沫床垫。如此，在使用连接至刚性平台I的采集片3(即“浮式织物”实施例，具有柔性的采集片和支撑装置)的本发明系统、设备和方法的第一实施例的情况下，尽管本发明的该可替换、功能性减少的压力测绘实施例将不提供所有的可能姿势信息，但是较低功能的压力测绘实施例实现了为推荐床垫提供有效根据的信息的收集。
[0031]在又一个可选实施例中，其包括这样的系统和设备:利用压力测绘以及采用支撑装置/三维成像方法的采集片而实现，以便从不同的角度采集生物统计数据。
[0032]在又一个可选的实施例中，该系统可包括这样的装置:用于调节柔性片/采集片与基座平台之间的气室的充气性能，由此可以调节采集片与基座平台之间的气室的充气性能，例如，通过调节充气压力同时实时检查对姿势的影响。例如，可以连续监测腰部、胸部和颈部弯曲的三维呈现，同时调节支撑物的充气压力(以及由此调节坚度)。这实现了用于个体的床垫的理想坚度性能的解决方法。这可以采用与合适的校正因子水平或倾斜的系统来执行。
[0033]本发明的系统、设备和方法的进一步特征描述在所附权利要求中。
【附图说明】
[0034]现将结合附图对本发明进行详细描述，附图中仅以实例的方式示出本发明的系统和设备的一个实施例。
[0035]附图中:
图1是设备的一个实施例的透视图，示出了倚靠该设备的支撑平台的人的轮廓，该轮廓在本实施例中相对于水平平面以一定角度向上延伸。
[0036]图2a是图1所示设备在平台上的织物抵靠人的轮廓之前的侧视图，其中人倚靠该平台；
图2b是图2a所不设备的后视图；
图3a是图2a所示设备在平台上的织物已抵靠人的轮廓之后的侧视图，其中人倚靠该平台O
[0037]图3b是图3a所不设备的后视图；
图4是透过本发明设备从上观察的剖视图；图4示出了包括框架外围的刚性基座/平台，该框架外围陷获(卡装)铺设在该平台顶部的柔性采集片的边缘；
图5是沿垂直方位示出的采集片的侧视图；虚线表示在人体B的施加之前的所述片的未变形拓扑结构。在这种情况下，人体B由单个椭圆形球表示，其待被压入该片;虚线LI示出了在人体B的施加之前的柔性片的位置，而虚线L2示出了在人体B的应用之后的柔性片的位置;虚线BI示出了与采集片接触之前的人体的位置，而虚线B2示出了在与采集片接触之后的人体B的位置;该
图6示出了来自图5所示组件中的摄像机的视图；
图7示出了配准标记沿Z轴的位移。这对摄像机来说显而易见为由d表示的配准(预置)标记的垂直移动。
[0038]图8示出了来自图7所示组件中的摄像机的视图；距离移动d示出在图8的摄像机视图中。
[0039]图9示出了躺在刚性平台基座上的人体的示意图；以及
图10示出了与图中所示相同的示意性人体，此时其支撑在以角度B与水平方向倾斜的刚性平台上。
【具体实施方式】
[0040]一种使用最佳光学测绘生成身体特征的三维测绘系统;所述系统包括沿预定轴测量人体的至少一个点运动以及利用所述至少一个点的运动的测量来提供所述身体特征的指示器。所述指示器具有柔性表面，所述柔性表面用于捕捉或测量人体置于所述柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面。理想地，所述指示器具有柔性表面，柔性表面用于测量在所述人体被置于柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面；以及用于提供待施加在所述人体上的有效压力的装置，所述施加在所述人体上的有效压力小于自然重力所施加的压力。该系统优选地所述指示器包括有支撑装置，支撑装置支撑所述柔性表面，在所述柔性表面与人体之间设置有一个建模界面(接口)。
[0041]首先参照图1，本发明设备的一个实施例通常由参考数字100来表示。设备100包括采集片3和采集片支撑装置，该采集片支撑装置在该实施例中包括透明平台1(例如，由钢化玻璃制成)。在该实施例中，平台I由基座2支撑，基座2以一定的角度与垂直平面倾斜。该角度选择成使得人斜靠该平台。因此，该平台相对于垂直平面的角度例如可以是15度，但也可以是更小或更大的角度而提供类似的效果。然而，应当理解，该平台从水平到垂直的任何倾斜角度以及两者之间的所有点将使本发明的系统、设备和方法有效地操作，透明平台I的底部边缘设有与平台I成直角的基座2。
[0042]因此，当使用者站在基座上并倚靠透明平台I时，他/她的脚处于自然的位置，并且根据平台I和水平平面之间角度的余弦值，施加在人体B和采集片3之间的力相对于将在消费者躺在水平平台上时施加的力大致减少。
[0043]采集片3披盖在玻璃的上表面上，其可以是柔性织物3的形式。采集片3选自可悬垂的织物，例如，弹性莱卡织物。采集片3用配准(预置)标记来标记，配准标记的形式为面向透明平台I的织物3—侧上的印刷图案(例如，水平线30图案)。采集片3具有印刷图案30，诸如水平线30图案(在该特定实施例中示出)、网格或其他规则图案。可替换地，网格或水平线或其他图案或标志可以采用激光器、投影仪或其他装置而被投影到采集片3的后部上。
[0044]采集片3的另一侧(即当系统和方法处于使用中时将与人体B接触的采集片3的一侦D可以用涂层或其他处理来进行处理以促进清洁性和耐久性。
[0045]形成采集片3的材料选择成使得其性能能够将其用作“浮式织物”。该术语所指的是采集片3可以描述好犹如人体B正在悬浮一样的人体B形状，即从压力分配的角度来看在理想条件下是被支撑的。
[0046]采集片的优选性能为:其良好地披盖在人体的形状上，而且重量轻，以便易于吹动而不造成人为现象。人为现象可以由采集片3的重量致使采集片3下垂而造成;或由使采集片3披盖在人体上所需的过度气压或气流造成，从而致使软体组织变形。
[0047]理想地，采集片3由优选在所有方向上可以伸展的材料形成，尽管这决不是必须的。优选地，采集片3由相对薄的可伸展织物形成。还优选地，相比于由不具有涂层的材料制成的柔性片，具有涂层的采集片使其对空气渗透较少，从而有利于保证采集片3向/对着人体B吹动的过程，以及使其更容易在采集片3的后部印刷适合的配准标记(例如水平线图案30)。
[0048]采集片3可以通过诸如夹具的固定装置而保持在玻璃上。固定装置可以是框架外围11的形式，其用于将采集片3的边缘夹持到透明平台I。可替换地，该固定装置可以包括用于将采集片3固定到透明平台I的任何其他适当的固定装置。
[0049]提供了用于使人体B(诸如人的身体)抵靠采集片3的装置，例如，高流速鼓风机(未示出)，诸如用于充气增进的可充气物、充气城堡、或野营床垫的的鼓风机类型，其用于吹动织物使其抵靠人的背部并沿人的全长延伸，从而使其披盖在正被测量的受试者上。
[0050]还可以包括用于测量气压的气压传感器(未示出)。
[0051]至少一个照相机4定位在平台的至少一个后角上，其配置成采集印刷在采集片3的背面上的配准标记;更具体地，至少一个照相机4配置成采集由人体B与采集片3接触造成的配准标记图案中的扭曲。
[0052]首先，如图2b所示，采集片3的原状图案是肉眼可见的，并且由照相机4检测。
[0053]当鼓风机启动并且操作成将空气供给到所述片与刚性平台之间的空间，并对织物的背面加压，并且使其抵靠倚靠平台I的人的背部;根据图3，采集片3向/沿诸如人(想要购买定制床垫的消费者)的人体B的背面披盖，定制床垫将具体制造成匹配这个人的人体需求。
[0054]当采集片3覆盖在人体B上时，配准标记图案30中的扰动在三维(3D)上限定了体型。这些扰动可立体使用两个照相机而被看到，或者通过单个照相机观察参考点在初始平面的网格上的移动，使用简单的勾股三角测量并假定每个点已经从初始位置几乎正交地移动，而以很小的精度损失被更简单地推断出来。这由照相机4记录并通过图像处理算法量化，以提供近似于人体的(尤其是人体B的后部)的三维形状。
[0055]超过十年的研究(贝恩等人;包括在本专利说明书中之后的引用章节的参考文献)已建立了人体形态和床垫特征之间的已知关系。
[0056]在本发明设备和系统所提供的“低重力”下(即处于10-15度的倾斜位置)测量人体形态允许采集实际的斜卧位，但是具有在完全自由重力下将经受的压力所导致的不扭曲的脊柱弯曲和软组织拓扑结构。本发明的设备、系统和方法在“低重力”下采集实际的斜卧位，并且转而能够通过床垫使最佳斜卧形状尽可能地被保留，当人体以水平位置躺着时，床垫将被制造成满足个体身体的具体需求。
[0057]现参照附图中的图4，将进一步描述本发明的设备和系统的组件。用作基座的刚性平台I (本文可互换地被称为“基座平台”或“平台”)包括框架外围11，其用作将采集片3连接至平台I的夹具，位于刚性基座平台I的顶部上的采集片3的边缘。
[0058]设有图4所示的进气管14的平台I中的舱壁端口12为采集片3与刚性基座平台I之间可如何输送空气的实例，以便通过将空气吹送穿过端口 12使采集片围绕人体B披盖，从而朝向并绕人体B推动柔性、薄的采集片3。适合的栗或鼓风机(未示出)可以位于任何位置，包括(在一个实施例中)远离设备和系统的位置，并且来自鼓风机的空气可以直接或经由管道14输送至舱壁端口 12。
[0059]所述片可以由弹性材料形成，以便有助于披盖，并且该片可以涂有诸如聚氨酯的密封材料以有助于充气。这种涂层不是必要的，因为倘若对所述片充气的鼓风机具有足够的能力将空气供应至所述片与刚性基座平台之间的空间中，以便克服穿过所述片的任何泄露或渗透，空气泄露则不是一个问题。
[0060]通过人的人体的横截面在图4中示出，其施加于充气的片而导致该片的变形。以这种方式，片的形状采用人的人体的三维形式。
[0061]人的人体同样可以在充气之前施加于片上，在这种情况下，人体的形状将阻碍片的充气，但无论如何将在片上实现相同的最终形状，并且该片将再次采取人的人体的形状。尽管这在图5和图6中所示，但充气压力如此之大以致于将人的人体举起离开基座平台是不必要的。
[0062]用于采集3D形状的光学方法的描述。
[0063]现具体参照图5和图6，图5示出了从侧面观察处于垂直方位的采集片3。图5示出了在使人体B(在这种情况下为球)与采集片3接触时从照相机4中采集到的视图。该球从刚好处于与采集片3接触的点上的人体第一位置(BI)移动。虚线(LI)指示采集片3的初始位置，即在施加人体(球)B之前的采集片3的未变形拓扑结构。在这种情况下，其是有生命(人或动物)的身体;或者无生命的身体由待被压入片中的单个椭圆形球表示。线L2表明了在已向采集片3施加身体(球)之后的采集片3的最终位置，并且身体的对应位置由处于位置B2的球示出。
[0064]初始的配准标记(在这种情况下，为配准点P)在片上标记出来，在该实例中，配准标记在片上被示为片上单个点处的叉号。在施加球之前，片表面上的该点处于位置PU “配准点前”)。在施加球B之后，配准点P移动至位置P2( “配准点后”)。
[0065]摄像机被定位偏离点P的运动方向，其应被称为z轴，z轴将垂直于片的静止平面。在本实施例中，如图5所示，摄像机被定位偏离z轴的下方(在地板平面上向上看)采集片可以在所述人体未与所述采集片接触的第一位置(Pl)和与所述人体接触的第二位置(P2)之间抵着人体沿预定轴移动，在所述采集片上至少有一个预置标记用以测量沿预定轴移动的距离以及通过一个装置测量所述距离。
[0066]图6示出了来自摄像机的视图。最初，摄像机在位置Pl看到配准点。鉴于将点的三维位置表示为笛卡尔坐标形式(x，y，z)，其中X值表示该视图下点P的已知水平位置，y值表示该视图下点P的已知垂直位置，z将表示沿第三维(z轴)的点P偏转。可以假定在合理精度的限制内，点P将主要沿z方向移动，并且在X方向或y方向有非常小的移动。
[0067]当球被施加于采集片时，采集片呈现新的形状，用线L2表示，并且配准点移动到位置P2。这被图6中摄像机观测为配准点从位置Pl到位置P2的向上移动。
[0068]参照图7，配准标记沿z轴的位移示为z。这对摄像机来说显而易见为距离d表示的配准标记的垂直移动。距离d的该移动示出在如图8所见的摄像机视图中。
[0069]已知点P的位置以及摄像机的已知方位，得知摄像机的入射角度(a)。简单的三角法实现了基于以下形式的d对z的计算:
Z=d/sin(a)
通过这种方式，我们现在知道了点P的笛卡尔坐标的z值，以及已知的X值和y值。
[0070]通过具有处于已知位置的多个可识别的配准点，因此可以生成偏转片表面的三维图。因此，所述柔性材料由多个片材组成，所述片材配置成披盖所述人体的至少一部分的形状;当片披盖成身体的形状时，身体形状可以在三维中进行重建。
[0071]片上的配准点可以采用已知几何形状中的标记阵列的形式，例如网格。
[0072]对于每个点，知道已知的y值(片上的垂直位置)，从而允许采用适当的观察角度a来计算摄像机视图，并且因此采用适当的l/sin(a)比例因子推导出z。
[0073]在一个实施例中，采集片可以用水平线30标记。在所述方法的该实施例中，可以假定水平线的末端保持未偏转并被框架陷获。因此，线上任何点的d值可以由其相对于末端之间的直线的偏差来确定。
[0074]可替换地，在另一实施例中，垂直线或网格图案可以用作配准标记。
[0075]可替换地，代替直接在片上标记网格或线，这些可以通过激光器、幻灯片投影仪或其他装置来进行投射。如果投影仪的位置是已知的，简单的三角法将再次得到表面上的任何点的笛卡尔坐标系的z坐标值。
[0076]存在多种软件技术用于自动识别参考点并且计算它们的位置。通常，这些会采用识别带状、正方形或其他合适几何形状的边缘处的亮度过渡的形式。
[0077]‘有效重力归算’的说明
图9示出了包括具有头H、躯干T和腿L的标称身形的人体B的示意图，其表现为躺在水平刚性基座平台I上。在图9中，图示被简化为由柔性关节连接的头、躯干、和腿部。每一体节由于重力具有相应重量，在图9中由以下体节重量表示:腿的重量Wl、躯干的重量Wt和头的重Sffho
[0078]在水平平台I上，静态平衡指定与不同人体部分相关联的反作用力与其相应重量相等且反向。因此支撑相应体节重量的反作用力为:腿的反作用力，Rl=Wl;躯干的反作用力，Rt=Wt;头的反作用力，Rh=Wh。界面的压力测绘将显示与每个体节相关联的这些部分的重量。
[0079]图10中示出了与图9所示的示意性人体，现在其被支撑在相对于水平方向以角度B倾斜的刚性平台I上。
[0080]每个体节(头、躯干和腿)由于重力仍具有相同的重量，分别为Wl、Wt和Wh。在本实施例中，然而，如果我们假设板和人体之间没有摩擦接触，那么由板产生的反作用力仅能够垂直于板出现。因此对于每个体节，我们可以将重量视为由垂直于板的垂直分量W(P)和与板相切的切向分量W(T)构成。由刚性平台提供的反作用力称为垂直分量，而切向分量整个由位于板的下端的踏板提供。
[0081 ] 例如，考虑到躯干部:重量Wt是分别垂直于板和与板相切的Wt(P)和Wt(T)分量的和。
[0082]位于躯干和板之间的界面的力传感器会因此将Rt记录为等于Wt(P)，而Wt(T)将转移至踏板。
[0083]Rt的新值可以用Wl X COS(B)计算，其中B为板相对于水平的倾角。
[0084]重要的是，由于所有的人体部分都位于以相同角度倾斜的相同刚性平台上，因此它们都要经历由因子COS(B)的乘法运算构成的垂直反作用力的归算。因此，虽然反作用力降低了，但它们仍然占有与在原先的水平板上相同的比例。
[0085]有效地，压力分布在‘降低的有效重力’的情况下可以使用本发明的系统、设备和方法进行观察和测量。
[0086]已知角度B，因此可以测量倾斜刚性平台上的力或压力分布，并由此在人体将位于水平面上时计算人体的压力分布。
[0087]采集片3靠着倾斜刚性平台I的本实施例由于以下原因是有利的。
[0088]1.在一些情况下(例如在商店里)要求别人在平板上躺下可能会不方便或不舒服。平板占据大量的地板空间，并且消费者有时也不愿意这样做。倾斜平台占用较小的地板空间并且能够提供相同的信息。
[0089]2.全重力条件下平躺使骨骼姿势扭曲并且还使软组织变形。以这种方式从消费者导出信息(形状或压力分布)在不太理想的情况下记录信息。倾斜平面允许了折衷，而采用了实际的斜卧位，但没有受到全重力的扭曲效应。
[0090]本发明的光学采集系统、设备和方法可以本文所述的任何实施例中来操作，不管其具有连接至水平刚性平台的采集片而用于斜卧位的直接采集，或基于垂直刚性平台而用于站位或用于不同程度的‘减小的有效重力’斜卧位的之间所有点的直接采集。
[0091]在可替换的实施例中，提供了减少功能性版本的本发明的系统、设备和方法，其使用压力测绘阵列而非浮式织物。压力测绘包括:通过使用分布在支撑表面之上、中或之下的传感器或变换器，以传感器测绘的形式或其他方式来测量人体与支撑表面之间的界面压力测量。典型的压力测绘系统为Xsensor(TM)或Tekscan(TM)。就该减少功能性的实施例本身而言，不包含采集片，由于将消除完全重力下人体与支撑表面的接口(界面)所造成的体型扭曲，因此用于提供三维图像数据的摄像机及功能将提供增强的或“更精确的”压力测绘数据。
[0092]该系统在该可替换实施例中将不提供有关人体轮廓或脊柱弯曲的3D信息。然而，其将在基座上提供压力分布图，在压力测绘阵列之上可以装配有薄型标准化蜂窝泡沫床垫。研究已证明以下两个重要的点:
I)与薄床垫下方的压力测绘直接相关，尽管其与床垫顶部上的压力测绘不相同。从床垫与基座之间的压力模式可以直接且精确地推断出消费者与床垫之间的接口(界面)压力分布模式。有利地，压力测绘阵列在刚性基座上保持平展，这使测量更不容易受到人为现象的影响、更可重复且更精确，以及保护压力传感器。
[0093]2)使用10或15度倾斜法在“有效的低重力”下测量的压力分布模式与全重力下测量的压力分布模式直接对应，这仅需要专用换算和解释性算法。
[0094]如此，在使用连接至刚性平台I的采集片3(即“浮式织物”方法)的本发明系统、设备和方法的第一实施例的情况下，尽管本发明的该可替换、功能性减少的压力测绘实施例将不提供所有的可能姿势信息，但是较低功能的压力测绘实施例实现了为推荐床垫提供有效根据的信息的收集。
[0095]在又一个可选实施例中，其包括这样的系统和设备:利用压力测绘以及采用支撑装置/3D成像方法的采集片而实现，以便从不同的角度采集生物统计数据。
[0096]在又一个可选的实施例中，该系统可包括这样的装置:用于调节柔性片/采集片与基座平台之间的气室的充气性能，由此可以调节采集片与基座平台之间的气室的充气性能，例如，通过调节充气压力同时实时检查对姿势的影响。例如，可以连续监测腰部、胸部和颈部弯曲的三维呈现，同时调节支撑物的充气压力(以及由此调节坚度)。这实现了用于个体的床垫的理想坚度性能的解决方法。这可以采用与合适的校正因子水平或倾斜的系统来执行。
[0097]—种采集人体形状用于分类所述人体的方法，包括以下步骤:
(a)产生人体的所述特征的三维测绘；
(b)沿预定轴测量所述人体上的至少一个点的移动，并且使用所述至少一个点的移动的该测量的装置提供所述人体特征的指示符；以及
(C)将从步骤b)获得的所述三维形状和/或压力分布信息与现有数据结合，以使这些参数与床垫偏好相关联，以便为床垫选择提供建议。
[0098]所述方法进一步包括以下步骤:
提供所述人体在其上可以休息的柔性采集片；
提供用于与所述柔性采集片配合的支撑装置；
提供配置成察看第一位置(Pl)处的至少一个配准标记的摄像机；
施加人体以在所述柔性采集板片上休息，从而使所述采集片呈现新形状并且使所述配准标记移动至位置P2; 记录从所述第一位置(PD至所述第二位置(P2)的移动；
将作为沿z轴移动的从所述第一位置至所述第二位置的所述移动标示为距离d;
计算位置P的笛卡尔坐标的z值;以及
实施用于已知位置中的多个配准标记(P)的上述步骤，并且从而创建偏转片的所述表面的三维测绘，由此在所述采集片披盖成人体形状时，所述人体形状可在三维中进行重建。
[0099]本发明的系统、设备和方法的其他应用/用途:
应当理解，除了使用采集体型的该方法而对用于最佳床垫选择的人体进行分类，本发明的系统、装设备和方法还可以用于其他应用。
[0100]例如，根据本发明的系统、设备和方法采集的体型可以用于服装店以对服装的最适尺寸和合身提出建议。正如另一个实例，当定制用于个体的工作场所、厨房或工作站时，数据可以用于人体工学的目的。当在线订购服装和家具时，由系统产生的电子可用数据可以用作‘人体签名(bodysignature)’。
[0101]医疗应用可以包括通过监控肢体的三维体积来追踪诸如水肿病的病况的进展;可替换地，用于与整形或整容外科手术(例如，乳房缩小术)相关联的三维‘前和后，注射。
[0102]体育应用可以包括在体育馆使用该系统，因此用户可以监控改进体格的进展。
[0103]在又一实施例中，系统的简化版本将能够测量建筑所使用的例如裙缘、穹窿和其他项目的轮廓。显然，在本申请中，本说明书中对“人体”的引用将解释为涉及无生命物体。
[0104]当然，将会理解，本发明不限于本文所述的细节，而是仅由所附权利要求来限定。
[0105]参考文献:
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[0106]贝恩D，弗格森-佩尔M麦克劳德，一种使用界面压力测绘的床垫评估(BainD,Ferguson-Pell M, McLeod A Evaluat1n of mattresses using interface pressuremapping)。伤口护理杂志(J Wound Care.) 2003年6月；12(6): 23卜5。
[0107]贝恩D，斯凯尔斯JT，尼科尔森GP—种使用模型评估病人支撑系统的机械性能(PSS)的新方法。(Bain D, Scales JT, Nicholson GP A new method of assessing themechanical properties of patient support systems (PSS) using a phantom)石开究动态(A preliminary communicat1n)。医学工程物理学(Med Eng Phys.)1999年6月；21(5):293-301 ο
[0108]贝恩D，测试患者支持系统的有效性:压头的几何形状的重要性。(BainD,Testing the effectiveness of patient support systems: the importance ofindentor geometry)。组织活力杂志(J Tissue Viability)。1998年I月；8(1): 15-7。
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【主权项】
1.一种使用光学测绘产生身体特征的三维测绘系统;所述系统包括沿预定轴测量人体的至少一个点运动以及利用所述至少一个点的运动的测量来提供所述身体特征的指示器。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指示器具有柔性表面，所述柔性表面用于捕捉人体置于所述柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指示器具有柔性材料面，所述柔性表面用于测量在所述人体置于所述柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指示器具有柔性表面，柔性表面用于测量在所述人体被置于柔性表面上时形成与人体表面相符的形状面；以及用于提供待施加在所述人体上的有效压力的装置，所述施加在所述人体上的有效压力小于自然重力所施加的压力。5.如先前权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述指示器包括有支撑装置，支撑装置支撑所述柔性表面，在所述柔性表面与人体之间设置有一个建模界面;任选地，其中所述支撑装置包括支撑框架或平台，优选为刚性平台。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述界面是测量所述人体与所述柔性表面之间的压力分布的压力界面。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述界面是根据所需测量人体形状设置在柔性表面上。8.如权利要求5-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述柔性表面和所述平台连接在一起成为一种结构而能够使其进行配合，以便允许置于所述柔性表面上与人体之间的界面进行建模。9.如权利要求2至8中的任一项所述的系统，其特征在于，所述柔性表面包括采集片，采集片可以在所述人体未与所述采集片接触的第一位置(Pl)和与所述人体接触的第二位置(P2)之间抵着人体沿预定轴移动，在所述采集片上至少有一个预置标记用以测量沿预定轴移动的距离以及通过一个装置测量所述距离。10.如权利要求2-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述柔性表面由柔性材料片形成，所述柔性材料片至少一部分形成了人体的形状。11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括通过倾斜拍摄所述采集片上所设有的至少一个预置标记来测量所述距离的装置。12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述倾斜拍摄是通过立体拍摄所述采集片上所设有的至少一个预置标记来完成。13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于，至少一个所述预置标记从第一角度投影并且从第二角度成像，以提供三维的位置信息。14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述柔性片上设有多个预置标记，在所述人体使所述柔性片变形时所述多个预置标记的移动范围允许使用至少一个摄像机获得基本的人体三维形状。15.如权利要求7-14中任一项所述的系统，其特征在于，包括限定在所述柔性片与所述平台之间的腔室，所述腔室是可充气的。16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统包括调节所述柔性片与所述基座平台之间的腔室的充气性能的装置，例如，通过调节充气压力同时实时检查对所述人体的影响。17.如先前权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，在所述柔性片上设有多个预置标记O18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述柔性片使用预定图案进行标记，其中所述多个预置标记可以采取已知几何形状的标记阵列形式，所述已知几何形状例如选自以下组中的一种或多种:水平线、网格图案、垂直线。19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述多个预置标记通过使用激光、幻灯片投影仪或有效用于提供所述柔性片上的预置标记图案的其他投射装置投射所述预置标记而设置在所述柔性片上。20.如权利要求2-19中任一项所述的系统，其特征在于，所述平台相对于所述垂直平面以一定角度倾斜。21.—种用于测量人体特征的设备，尤其是用于床垫选择，其特征在于，所述设备包括配置成使人体和所述采集片之间待被建模界面的采集片。22.如权利要求21所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，所述采集片是利用所述人体与所述采集片之间的压力使人体与采集板接口之间待被建模的压力采集片。23.如权利要求21或22所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述采集片固定的支撑装置。24.如权利要求21或22所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，所述支撑装置包括支撑框架或平台，优选为刚性平台。25.如权利要求21-24中任一项所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，所述采集片在所述采集片的一侧上设有至少一个预置标记。26.如权利要求21-25中任一项所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，所述采集片设有包括多个预置标记的图案；以及用于检测在人体与所述采集片接触时所致的所述图案的变形的装置。27.如权利要求21-26中任一项所述的用于测量人体特征的设备，其特征在于，用于检测在人体与所述采集片接触时所致的所述图案的变形的所述装置包括配置成检测所述图案变化的摄像机。28.一种采集人体形状用于分类所述人体的方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)产生人体的所述特征的三维测绘； (b)沿预定轴测量所述人体上的至少一个点的移动，并且使用所述至少一个点的移动的该测量的装置提供所述人体特征的指示符；以及 (c)将从步骤b)获得的所述三维形状和/或压力分布信息与现有数据结合，以使这些参数与床垫偏好相关联，以便为床垫选择提供建议。29.如权利要求28所述的采集人体形状的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤: 提供所述人体在其上可以休息的柔性采集片； 提供用于与所述柔性采集片配合的支撑装置； 提供配置成察看第一位置(Pl)处的至少一个配准标记的摄像机； 施加人体以在所述柔性采集板片上休息，从而使所述采集片呈现新形状并且使所述配准标记移动至位置P2; 记录从所述第一位置(Pl)至所述第二位置(P2)的移动； 将作为沿z轴移动的从所述第一位置至所述第二位置的所述移动标示为距离d; 计算位置P的笛卡尔坐标的z值；以及 实施用于已知位置中的多个配准标记(P)的上述步骤，并且从而创建偏转片的所述表面的三维测绘，由此在所述采集片披盖成人体形状时，所述人体形状可在三维中进行重建。30.如权利要求28-29中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于评估和确定对于个人的最适类型的床垫。31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将由所述方法步骤提供的所述三维形状和/或压力分布信息结合的另外步骤;其中现有数据使这些参数与床垫偏好相关联，以便为床垫选择提供建议。32.如权利要求28-31中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于下列应用中的任何一个或多个:医学应用，包括通过监测肢体的三维体积来追踪诸如水肿的病况的进展。33.如权利要求28-32中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于服装店以建议衣服的最适尺寸和合身，或在定制工作场所、厨房或用于个体的工作站时用于人类工程学的目的;或在在线订购衣服或家具时用于生成“人体签名”。
【文档编号】A61B5/00GK106061382SQ201580005545
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】戴维·沃夫森, 邓肯·贝恩
【申请人】查佩尔格莱德有限公司