Faszinierend ist das Gebilde unserer Füße und Beine. Unsere Füße sind die robustesten, aber oft mißhandelten und vernachlässigsten Körperteile, die jeden von uns jährlich um rund 2 Millionen Schritte vorwärts bringen. Glaubt man den medizinischen Statistiken, so haben 70 von 100 Menschen ständig oder zeitweise Fußbeschwerden.
Um den Konsumenten und das Verkaufspersonal bei der Entscheidung der optimalen Fußbekleidung objektiv zu unterstützen, wurde das FootPrint System von mir mitentwickelt und programmiert. Dabei wird der Fußumriß auf einem Digitalisiertablett aufgezeichnet und anhand weiterer Kriterien die passenden Schuhe aus einer Datenbank mit gängigen Schuhmodellen ausgewählt. Das System FootPrint wird bundesweit in mehreren Intersport-Filialen erfolgreich eingesetzt. Nach meinem bisherigen Kenntnisstand befinden sich keine vergleichbaren Systeme im Umlauf.
Gegenstand dieser Diplomarbeit ist die Weiterentwicklung des bestehenden Systems, um die Möglichkeit der automatischen Vermessung der Füße und Bestimmung des Fußtyps. Der Einsatz eines Flachbettscanner ermöglicht ein Bild in digitaler Form von der Fußunterseite. Durch Segmentierung der Bilddaten und weiterer Verfahren der Bildverarbeitung werden der Fußumriß und der Fußtyp bestimmt. Die Resultate aus der Fußumriß- und der Fußtypanalyse fließen in die Minimierung der Probleme bei der Schuhauswahl.
Die Arbeit gliedert sich nun wie folgt: Kapitel 2 beinhaltet neben einer Einführung in die Anatomie und Physiologie des Fußes ein Überblick über die Fußdeformationen und Fußvermessung. Außerdem wird der Aufbau einer Fußbekleidung erklärt und die internationalen Kennzeichnungssysteme vorgestellt. Kapitel 3 gibt einen Überblick über die verschiedenen Methoden der Vermessung. In Kapitel 4 werden die verwendeten Verfahren der Bildverarbeitung vorgestellt. Kapitel 5 behandelt die Fußtyperkennung, Vermessung und Anpassung von Füßen in Fußbekleidungen auf Basis der in Kapitel 4 erzielten Resultate. Einige Aspekte der Implementierung werden in Kapitel 6 beschrieben. In Kapitel 7 werden praxisorientierte Anwendungsmöglichkeiten vorgestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der verwendeten Verfahren in einer Zusammenfassung beschrieben.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Grundlagen der Füße und Fußbekleidungen
2.1 Anatomie und Physiologie des Fußes
2.2 Fußdeformationen
2.2.1 Normalfuß
2.2.2 Spreizfuß
2.2.3 Knick-Senkfuß
2.2.4 Senkfuß
2.2.5 Plattfuß
2.2.6 Hohlfuß
2.3 Dokumentierbarkeit der Untersuchung des Fußes
2.4 Fußmessung
2.4.1 Eindimensionale Fußmessung
2.4.2 Zweidimensionale Fußmessung
2.4.3 Dreidimensionale Fußmessung
2.5 Der Aufbau der Fußbekleidung
2.6 Die richtige Fußbekleidung
2.7 Schuhgrößen
2.7.1 Das metrische Längenmaß
2.7.2 Das französische Längenmaß (deutsche Größen)
2.7.3 Das englische Längenmaß
2.7.4 Das amerikanische Längenmaß
2.7.5 Umrechnung der Kennzeichnungssysteme
2.7.6 Schuhweite
3. Methoden der Vermessung
3.1 Überblick
3.2 Mechanische Koordinatenmeßsysteme
3.3 Messung mit der Laserlinie
3.4 Messung mit dem codierten Lichtansatz
3.5 Flachbettscanner
4. Segmentierung und Merkmalsextraktion
4.1 Überblick
4.2 Bildanalyse
4.3 Bildsegmentierung
4.4 Das Verfahren von Otsu
4.5 Anwendung der Segmentierung
4.6 Merkmalsextraktion
4.7 Polares Abstandsmaß
4.8 Hauptachsen durch orthogonale Regression
4.9 Splinekurven
5. Durchführung der Fußtyperkennung und Vermessung
5.1 Überblick
5.2 Ablauf der Fußtyperkennung
5.3 Vermessung von Fußprofilen
5.4 Vermessung von Fußbekleidung
5.5 Anpassung des Fußes in eine Fußbekleidung
6. Implementation
6.1 Überblick
6.2 Verwaltung der Fußbekleidungen und Füße
6.3 Hauptprogramm
7. Praxisorientierte Anwendungen
7.1 Interaktives Vermessungs- und Anpassungssystem
7.2 Automatisches Vermessungs- und Anpassungssystem
8. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Weiterentwicklung des FootPrint-Systems zur automatisierten Vermessung von Füßen und zur Bestimmung des Fußtyps, um den Prozess der Schuhauswahl objektiv zu unterstützen. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, wie durch moderne bildverarbeitende Verfahren – insbesondere den Einsatz eines Flachbettscanners – eine präzise Vermessung und Analyse erfolgen kann, um Passformprobleme bei konfektionierter Fußbekleidung zu minimieren.
- Anatomische Grundlagen und Pathologien des menschlichen Fußes
- Methoden der digitalen Bildverarbeitung zur Fußsegmentierung
- Systementwicklung zur automatischen Fußtyperkennung und Vermessung
- Integration von Datenbanken für industrielle Schuhgrößensysteme
- Praxisorientierte Konzepte für Verkaufsunterstützungssysteme im Handel
Auszug aus dem Buch
4.4 Das Verfahren von Otsu
Das Verfahren nach Otsu basiert auf der Analyse eines normierten Grauwerthistogramms, welche aus L Grauwerten (L = 256) besteht. Der Schwellwert s wird durch ein statistisches Verfahren ermittelt. Die relative Häufigkeit pi der Pixel eines Grauwertes i ergibt sich dann zu:
pi = ni / N mit N = Summe ni (i=0 bis L) und Summe pi = 1 (i=0 bis L),
wobei ni die Anzahl des Pixel i und N die Summe der gesamten Pixel ist. Durch den noch zu bestimmenden Schwellwert s (s = 1...L) werden zwei Klassen K0 und K1 entstehen, die das Bild in Objekt und Hintergrund einteilen. Die Auftrittswahrscheinlichkeiten der Elemente der beiden Klassen lassen sich berechnen:
P0 = Summe pi (i=0 bis s) = P(s) und P1 = Summe pi (i=s+1 bis L) = 1 - P0 = 1 - P(s)
mit P0 + P1 = 1.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Bedeutung gesunder Füße und motiviert die Entwicklung des FootPrint-Systems zur objektiven Unterstützung bei der Schuhauswahl.
2. Grundlagen der Füße und Fußbekleidungen: Vermittelt anatomische Basiskenntnisse, erläutert typische Fußdeformationen sowie die internationale Standardisierung von Schuhgrößen und Passformkriterien.
3. Methoden der Vermessung: Gibt einen Überblick über verschiedene Verfahren zur Erfassung von Körperoberflächen, von mechanischen Systemen bis hin zu optischen Methoden wie dem Flachbettscanner.
4. Segmentierung und Merkmalsextraktion: Behandelt die theoretischen Ansätze der digitalen Bildverarbeitung, insbesondere Techniken zur Objekterkennung und das Verfahren von Otsu zur automatisierten Schwellwertbestimmung.
5. Durchführung der Fußtyperkennung und Vermessung: Detailliert den praktischen Ablauf der Fußtypanalyse, die messtechnische Auswertung der Fußprofile und den Prozess der Größenanpassung an Schuhmodelle.
6. Implementation: Beschreibt die softwaretechnische Umsetzung des Systems unter MS-DOS mit Borland Pascal und erläutert die Datenstrukturen zur Verwaltung von Kunden- und Produktdaten.
7. Praxisorientierte Anwendungen: Präsentiert Anwendungsszenarien wie interaktive und vollautomatische Vermessungssysteme im Sportfachhandel zur Optimierung des Verkaufsprozesses.
8. Zusammenfassung und Ausblick: Resümiert die Projektergebnisse und diskutiert das weitere Potenzial der Methode, beispielsweise in der orthopädischen Diagnostik.
Schlüsselwörter
Fußvermessung, Bildverarbeitung, Fußtyp, Segmentierung, Schwellwertverfahren, Otsu, FootPrint-System, Schuhauswahl, Passform, Orthopädie, Flachbettscanner, Mustererkennung, Automatisierung, Leistenform, Kundendatenverwaltung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der computergestützten Vermessung und Analyse von Fußprofilen zur Optimierung der Schuhauswahl und zur Vermeidung von Fußbeschwerden durch ungeeignetes Schuhwerk.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen Anatomie, Bildverarbeitungsalgorithmen (Segmentierung, Merkmalsextraktion), Datenbankmodellierung für den Schuhhandel sowie die Hardware-Integration von Scannern.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Schaffung eines automatisierten, objektiven Systems („FootPrint“), das durch Vermessung der Fußsohle mittels Flachbettscanner den Fußtyp bestimmt und die passenden Schuhmodelle aus einer Datenbank selektiert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden Verfahren der digitalen Bildverarbeitung angewandt, insbesondere die statistische Segmentierung nach Otsu, Kettencodes zur Konturbeschreibung und orthogonale Regression zur Hauptachsenbestimmung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil erstreckt sich von der methodischen Grundlagenvermittlung über die Implementierung der Software-Units bis hin zur praxisorientierten Anwendung in Sportgeschäften.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Fußvermessung, Bildsegmentierung, Fußtyp, Passform, Flachbettscanner und automatisierte Klassifikation.
Wie genau funktioniert die automatische Fußtyperkennung?
Das System segmentiert das digitalisierte Fußbild in Belastungszonen. Basierend auf der Anordnung und Ausdehnung dieser Zonen werden Merkmalsvektoren berechnet, die durch einen Klassifikator einem bestimmten Fußtyp zugeordnet werden.
Warum wurde der Flachbettscanner gegenüber anderen 3D-Verfahren bevorzugt?
Der Flachbettscanner ist eine ausgereifte, kostengünstige Technologie, die im Gegensatz zu komplexen 3D-Scannern eine robuste und praktikable Lösung für den Einsatz im Einzelhandel bietet.
- Quote paper
- Diplom Informatiker Erdogan Altekin (Author), 1997, Methoden der Vermessung und Auswertung von Fußprofilen zur optimalen Erstellung und Anpassung von Fußbekleidung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/15048
