4Dスキャンシステムは、「テクスチャのない表面」の問題を克服するために、特定の投影デバイスとカスタマイズされたスペックルパターンに依存しています。足裏をキャプチャする際、特に透明なガラスサポートに押し付けられている場合、皮膚は奥行きセンシングに必要な視覚的な区別性に欠けることがよくあります。高コントラストのスペックルパターンをガラス表面に投影することで、システムは人工的なテクスチャを作成し、ソフトウェアが足の3D形状を正確にマッピングできるようにします。
人工的なテクスチャを追加しない場合、標準的なスキャンアルゴリズムは、ガラスに押し付けられた滑らかな足裏の形状を区別するのに苦労します。カスタマイズされたスペックルパターンは、歩行の重要な蹴り出し段階のような動的な動き中に正確な形状を再構築するために必要な視覚データを提供します。
生体力学的スキャンの課題
「空白のキャンバス」問題
ほとんどの3D再構築アルゴリズムは、奥行きを計算するために、オブジェクトの表面上のユニークな特徴または「ランドマーク」を特定することに依存しています。
しかし、足裏は比較的滑らかで均一な色をしています。この自然なテクスチャの欠如により、センサーが表面の曲がりや変形を追跡することが困難になります。
透明なサポートガラスの役割
足に荷重がかかった状態をキャプチャするために、被験者は通常、透明なガラスプレート上を歩きます。
これによりカメラは足裏を下から見ることができますが、足がガラスに押し付けられる圧力によって皮膚が平坦化します。これにより、自然な影やテクスチャがさらに減少し、奥行きセンシングアルゴリズムにとって足は実質的に見えなくなります。
投影デバイスが問題を解決する方法
人工的なランドマークの作成
投影デバイスは、ガラスと足の間のインターフェイスにカスタマイズされたスペックルパターンを重ねることで、テクスチャの不足を解決します。
これらのスペックルは、高コントラストのアンカーポイントとして機能します。カメラは、これらのパターンが足の表面上でどのように変形または位置決めされるかを観察し、ソフトウェアが高精度で奥行きを三角測量できるようにします。
動的な4D再構築の有効化
主な参照では、この方法は歩行の蹴り出し段階のような動的な瞬間に不可欠であると強調されています。
これらの瞬間的な動きの間、足は急速に形状を変化させます。投影されたパターンは、システムが表面形状を常に「ロック」し続け、自然な視覚手がかりが存在しない場合のデータ損失を防ぎます。
トレードオフの理解
ハードウェアの複雑さ
このソリューションを実装するには、単純なカメラ以上の特殊なハードウェアが必要です。
システムは、アクティブな投影デバイスに完全に依存しています。プロジェクターが隠されたり、パターンが特定の色調に対して十分なコントラストを持たない場合、形状再構築の精度はすぐに低下します。
インターフェイスへの特異性
この技術は、ガラス接触シナリオに特化して設計されています。
これは「接触」スキャン用の特殊なソリューションです。従来のパッシブフォトグラメトリーが失敗するギャップを埋めますが、投影された光パターンの品質とキャリブレーションへの依存性が追加されます。
目標に合った選択をする
高忠実度の形状が主な焦点である場合：
- 足のアーチや圧力点の細かい変化を解決するために、投影システムが高密度のスペックルパターンを提供することを確認してください。
動体解析が主な焦点である場合：
- 投影デバイスが高速カメラと完全に同期し、モーションブラーなしで蹴り出し段階の急速な変形をキャプチャできるシステムを優先してください。
スキャン表面に人工的にテクスチャを付けることで、見えない生体力学的な相互作用を、測定可能でデータ豊富な環境に変えることができます。
概要表：
| 特徴 | パッシブスキャン | アクティブ4Dスキャン（投影スペックル） |
|---|---|---|
| 表面テクスチャ | 自然な皮膚の特徴に依存 | 人工的な高コントラストランドマークを作成 |
| ガラス接触 | 平坦化した皮膚に苦労する | 圧力インターフェイスを正確にマッピング |
| 動体キャプチャ | 動き中のデータ損失の可能性 | 蹴り出し中の形状の継続的な「ロック」 |
| 主な利点 | 低ハードウェアコスト | 高精度の生体力学的データ |
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参考文献
- Li-Ying Zhang, Sun‐pui Ng. An exploratory study of dynamic foot shape measurements with 4D scanning system. DOI: 10.1038/s41598-023-35822-0
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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