基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备

1.本发明涉及人脚型采集分析领域，更具体地说，它涉及基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备。


背景技术：

2.现今，随着人们生活的提高，对高品位和个性化的追求也越加强烈，脚型定制也顺应了“个性化定制”这一发展趋势。而脚型数据是定制的基础。于是随着数字经济的发展，传统产业也迎来了发展。
3.传统经济中，商品或服务的多样性与到达的范围是一对矛盾。大众化的商品总是千篇一律，而量身定制的商品只有少数人能够享用。但数字技术的发展改变了这一切。企业现在能够以极低的成本收集、分析不同客户的资料和需求，通过灵活、柔性的生产系统分别定制。国外汽车和服装行业提供了许多成功的例子。大规模量身定制生产方式将给每个客户带来个性化的产品和服务，同时要求企业具备极高的敏捷反应能力。
4.国外的脚型扫描产品以加拿大voruin公司的teti三维脚型扫描仪为例，该产品最短可在4秒内获取受测者的脚型三维图，同时，能够将所测的数据直接运用于cad/cam系统。其原理是在扫描仪的两侧的机架上分别装有4个摄像头和两个激光束发射器组成一个稳定可靠的光路系统，从脚跟到脚尖进行扫描。虽然该三维脚型扫描技术可靠、精确。但是该产品价格昂贵、操作复杂。
5.现在人们急需一款新型设备解决目前脚型系统设计操作复杂和繁琐，以及成本高、价格高和普及率低的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，一方面，提供一种基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备，该设备能够通过多个角度采集用户的脚型，且设备操作简单、造价便宜，具有高普及率的特点。
7.为实现上述目的，提供了如下技术方案：
8.基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备，其包括有框架，以及设置于框架上的左扫描组件、右扫描组件和前扫描组件。
9.左扫描组件位于框架的左侧，用于沿前后方向移动扫描足部。
10.右扫描组件位于框架的右侧，用于沿前后方向移动扫描足部。
11.前扫描组件位于框架的前侧，用于沿左右方向移动扫描足部。
12.综上所述，上述技术方案具有以下有益效果：该设备主要通过左扫描组件、右扫描组件和前扫描组件对用户足部的三个方位进行扫描，使用时，用户只需把脚放置在框架内，通过三个扫描组件便能快速地完成扫描动作；从而得到用户的脚型数据如：脚长、脚宽、脚型、跖趾围长、跖趾斜宽度、足弓高度、前跗骨和后跟围长等等。然后通过外部的控制设备对数据进行收集，分析，并利用分析系统更好地为用户提供优质的个人定制方案。
附图说明
13.图1为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的前侧结构示意图；
14.图2为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的后侧结构示意图；
15.图3为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的前扫描组件结构示意图；
16.图4为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的前移动架结构示意图；
17.图5为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的踏板结构示意图；
18.图6为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的左卡块、右卡块和前卡块结构示意图；
19.图7为基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备的左扫描组件和右扫描组件结构示意图。
20.附图标记：10、框架；20、左扫描组件；21、左扫描头；211、左卡块；22、左移动架；221、左滑块；222、左固定杆；223、左竖直杆；23、左高度调节部；30、右扫描组件；31、右扫描头；311、左卡块；32、右移动架；321、右滑块；322、右固定杆；323、右竖直杆；33、右高度调节部；40、前扫描组件；41、前扫描头；411、前卡块；42、前移动架；421、前主动杆；422、前滑块；423、前固定杆；424、前竖直杆；43、前高度调节部；50、踏板；51、前滑移口；52、左滑移口；53、右滑移口；60、同步杆。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
22.如图1所示，基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备，其包括有框架10，以及设置于框架10上的左扫描组件20、右扫描组件30和前扫描组件40；左扫描组件20位于框架10的左侧，用于沿前后方向移动扫描足部左侧；右扫描组件30位于框架10的右侧，用于沿前后方向移动扫描足部右侧；前扫描组件40位于框架10的前侧，用于沿左右方向移动扫描足部前侧。该设备主要通过左扫描组件20、右扫描组件30和前扫描组件40对用户足部的三个方位进行扫描，使用时，用户只需把脚放置在框架10内，通过三个扫描组件便能快速地完成扫描动作，从而得到用户的脚型数据如：脚长、脚宽、脚型、跖趾围长、跖趾斜宽度、足弓高度、前跗骨和后跟围长等等。然后通过外部的控制设备对数据进行收集，分析，并利用分析系统更好地为用户提供优质的个人定制方案。
23.如图2所示，还包括有踏板50，踏板50分别与左扫描组件20、右扫描组件30和前扫描组件40联动设置；当左扫描组件20沿前后方向移动时，则左扫描组件20控制踏板50升高或降低；当右扫描组件30沿前后方向移动时，则右扫描组件30控制踏板50升高或降低；当前
扫描组件40沿左右方向移动时，则前扫描组件40控制踏板50升高或降低；当踏板50升高或降低时，则踏板50控制左扫描组件20、右扫描组件30和前扫描组件40升高或降低。框架10上设置有控制单元，用于控制左扫描组件20、右扫描组件30或前扫描组件40中的一个组件移动，附图中控制单元用于控制前扫描组件40移动，使用时，踏板50处于高位，此时前扫描组件40处于左侧或右侧，用户只需将脚放置在踏板50上，控制单元控制前扫描组件40沿右方向或左方向移动，并扫描用户的脚型，在前扫描组件40移动的过程中踏板50降低，踏板50降低后带动左扫描组件20和右扫描组件30移动，从而完成足部的扫描。通过一个控制单元控制三个方位的扫描组件对足部进行扫描可以提高扫描的精度以及简化数据处理的过程，踏板50的高度变化与左扫描组件20、右扫描组件30和前扫描组的平移距离通过测试或各个组件的参数可方便算出，且变化关系不会发生改变，方便了后期的模拟和运算，同时一个控制单元还能方便控制设备运行。
24.作为另一种实施例，控制组件可以通过控制左扫描组件20移动，再由踏板50带动前扫描组件40和右扫描组件30移动；或控制组件通过控制右扫描组件30移动，再由踏板50带动前扫描组件40和左扫描组件20移动。
25.如图3-6所示，前扫描组件40包括有前扫描头41、前移动架42和前高度调节部43；前移动架42设置在框架10上，前高度调节部43的第一端与前移动架42转动连接，第二端与踏板50转动连接，用于根据前移动架42的移动控制踏板50的升高或降低；前扫描头41开设有前通孔并套设在前移动架42上，前扫描头41还与踏板50活动连接，前移动架42用于带动前扫描头41沿左右方向移动，踏板50用于带动前扫描头41升高或降低。前扫描头41包括可扫描脚型的激光传感器或其他可扫描外部轮廓的传感器以及摄像头等，控制单元用于控制前移动架42沿左右方向移动，从而进一步控制前扫描头41的移动，前扫描头41上设置有前卡块411，踏板50上开设有沿左右方向延伸的前滑移口51，前卡块411与前滑移口51卡接并能在前滑移口51内滑移。使用时，控制单元控制前移动架42沿左右方向移动，踏板50受到左扫描组件20和右扫描组件30的限制，从而不会发生左右方向上的移动，前扫描头41则在前滑移口51内沿左右方向移动并对用户的脚进行扫描，前高度调节部43则会随着前移动架42的移动控制踏板50升高或降低，从而控制前扫描头41升高或降低。现有的扫描仪在使用时由于不好判断扫描头所处的位置，从而不知道是否扫描结束，经常发生没有扫描结束用户就将脚移开的情况或者已经扫描结束用户还不知道的情况，通过将脚放置在踏板50上，踏板从高处降到低处即扫描完成，用户通过踏板50的高度变化可以快速地感知到是否扫描结束。
26.前移动架42包括有前主动杆421、前滑块422、前固定杆423和前竖直杆424；前主动杆421与框架10转动连接，前固定杆423与框架10固定连接，前滑块422分别与前主动杆421和前固定杆423活动连接，前竖直杆424与前滑块422固定连接；前高度调节部43的第一端与前滑块422转动连接，第二端与踏板50转动连接；前扫描头41通过前通孔套设于前竖直杆424上。控制单元包括电机以及其他必要的电路模块，用于控制前主动杆421转动，前滑块422上开设有一个第一螺纹孔和一个第一通孔，前主动杆421通过第一螺纹孔与前滑块422螺纹连接，前固定杆423穿过前滑块422的第一通孔与前滑块422滑移连接，当前主动杆421转动时，则前滑块422沿着前固定杆423的轴向移动，前主动杆421和前固定杆423平行设置，且沿左右方向延伸。
27.如图7所示，左扫描组件20包括有左扫描头21、左移动架22和左高度调节部23；左移动架22设置在框架10上，左高度调节部23的第一端与左移动架22转动连接，第二端与踏板50转动连接，用于根据踏板50的升高或降低控制左移动架22的移动；左扫描头21开设有左通孔并套设在左移动架22上，左扫描头21还与踏板50活动连接，踏板50用于带动左扫描头21升高或降低，左移动架22用于带动左扫描头21沿左右方向移动。左扫描头21包括可扫描脚型的激光传感器或其他可扫描外部轮廓的传感器以及摄像头等，踏板50升高或降低后通过左高度调节部23控制左移动架22沿左右方向移动，从而进一步控制左扫描头21的移动，左扫描头21上设置有左卡块211，踏板50上开设有沿前后方向延伸的左滑移口52，左卡块211与左滑移口52卡接并能在左滑移口52内滑移。使用时，踏板50降低从而控制左扫描头21沿左方向或右方向移动，踏板50受到前扫描组件40的限制，从而不会发生前后方向上的移动，左扫描头21则在左滑移口52内沿左右方向移动并对用户的脚进行扫描。
28.左移动架22包括有左滑块221、左固定杆222和左竖直杆223；左固定杆222与框架10固定连接，左滑块221与左固定杆222滑移连接，左竖直杆223与左滑块221固定连接；左高度调节部23的第一端与左滑块221转动连接，第二端与踏板50转动连接；左扫描头21通过左通孔套设于左竖直杆223上。左滑块221上开设有一个第二通孔，左固定杆222穿过左滑块221的第二通孔与左滑块221滑移连接，当踏板50升高或降低时，则左滑块221沿着左固定杆222的轴向移动。
29.右扫描组件30包括有右扫描头31、右移动架32和右高度调节部33；右移动架32设置在框架10上，右高度调节部33的第一端与右移动架32转动连接，第二端与踏板50转动连接，用于根据踏板50的升高或降低控制右移动架32的移动；右扫描头31开设有右通孔并套设在右移动架32上，右扫描头31还与踏板50活动连接，右移动架32用于带动右扫描头31沿左右方向移动，踏板50用于带动右扫描头31升高或降低。右扫描头31包括可扫描脚型的激光传感器或其他可扫描外部轮廓的传感器以及摄像头等，踏板50升高或降低后通过右高度调节部33控制右移动架32沿左右方向移动，从而进一步控制右扫描头31的移动，右扫描头31上设置有左卡块311，踏板50上开设有沿前后方向延伸的右滑移口53，左卡块311与右滑移口53卡接并能在右滑移口53内滑移。使用时，踏板50降低从而控制右扫描头31沿左右方向移动，踏板50受到前扫描组件40的限制，从而不会发生前后方向上的移动，右扫描头31则在右滑移口53内沿左右方向移动并对用户的脚进行扫描。
30.右移动架32包括有右滑块321、右固定杆322和右竖直杆323；右固定杆322与框架10固定连接，右滑块321与右固定杆322滑移连接，右竖直杆323与右滑块321固定连接；右高度调节部33的第一端与右滑块321转动连接，第二端与踏板50转动连接；右扫描头31通过右通孔套设于右竖直杆323上。右滑块321上开设有一个第三通孔，右固定杆322穿过右滑块321的第三通孔与右滑块321滑移连接，当踏板50升高或降低时，则右滑块321沿着右固定杆322的轴向移动。
31.还包括有同步杆60，同步杆60的一端与左扫描组件20连接，另一端与右扫描组件30连接，用于控制左扫描组件20和右扫描组件30沿前后方向同步移动。具体地，同步杆60的一端与左滑块221连接，另一端与右滑块321连接，同步杆60用于保证左扫描头21和右扫描头31处在同一平面上，从而方便后续的数据计算。
32.设计基于计算机视觉和激光检测的人脚型大数据采集分析设备通过对用户足型
数据进行收集，分析，并利用分析系统为用户提供优质的个人定制方案。另外，还可以通过对收集到的大数据建立全面的三维脚型数据库，分析了解国民的脚型变化并对相关规律进行研究。
33.该设备系统首先使用jetson nano运行yolo3算法来获取是否有脚和脚的位置信息，使用opencv库对图片数据进行处理，获得被测物体的大概尺寸。再通过串口将大概运行区域发送至arduino平台，控制平台围绕踏脚平台移动，每过一定距离使用激光雷达进行多次测量，并将每次测得的距离信息传回给jetson nano，通过对脚不同截面进行分析，获得脚型，脚码，脚底厚度，前掌最宽，足弓最窄，足弓上陷等一系列数据，对其模型进行打标签，分类。jetson nano将整体模型数据上传至云端进行记录。云端可视化显示各项数据的统计和可视化显示脚型数据的点集。
34.通过分析系统，直接有效地测量了人体的足部参数。结合三维显示脚型，细致地捕捉到了足部的特征结构，从而为用户提供更优质的个人定制方案。同时利用分析系统准确获取数据，分析数据分布，并推广到流水线、生产资料的分配。通过三维数据准确显示脚型、提高了生产线的工作效率，节省了劳动力和时间成本。另外，我们还可以通过收集到的大数据建立全面的三维脚型数据库，便于分析了解国民的脚型变化规律的研究。最后，此项目还可推广至医疗等其他产业。
35.该发明是基于数字经济下，对传统行业的创新技术发展，是对数字技术基础的研究与开发。不同于单一的计算机视觉技术，该发明是在计算机视觉检测和激光检测的基础下，获取脚型数据，减少单次扫描时间。通过建立脚型数据分析系统，统计数据，对数据进行分析。可查看指定地区脚型分布，从而优化产品设计，优化生产资料分配，对传统扫描形式进行了创新性改革，也是对传统袜机产业在技术上的创新，有利于传统袜机行业产业数字化，智能化升级改造。
36.在消费形式上，用户可以在线下进行足部的扫描，构建脚型数据。依据用户自身对袜子的款式设计，解决了袜子的单一性，为用户提供新颖的购物方式。同时，为消费者在购买袜子上增添了选择性与创新性。
37.在经济方面，利用新的技术发展打破原来的传统产业发展，以新技术代替产能过剩问题，改善当前传统袜机的经济形态。
38.在应用方面，本发明中的设备还可用于鞋类的定制，消费者在门店选择鞋款并扫描脚型，数据传回厂家，厂家可根据消费者的脚型数据和所选择鞋款生产出适合消费者脚型的定制鞋，邮寄至消费者家中；在矫形鞋定制方面，本系统通过采集患者脚型数据并传到矫形中心，矫形中心根据患者的脚型数据生产加工出矫形鞋；本系统还可以生产假肢，扫描患者的另一只健康的脚，快速得到这只脚的三维模型，可利用模型数据生产出假肢；在医学诊断方面，本系统可快速采集患者的脚底三维数据，医生可根据三维数据判断患者是否患有足病，另外，本系统还可以建立脚型数据库，扫描仪快速的进行数据获取，将国内人民全脚三维数据资料传入公司，建立数据库，便于研究国民的脚型变化规律。
39.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。