4D 스캐닝 시스템은 "텍스처가 없는 표면" 문제를 극복하기 위해 특정 프로젝션 장치와 맞춤형 스페클 패턴에 의존합니다. 발바닥을 캡처할 때, 특히 투명한 유리 지지대에 압착될 때 피부는 종종 깊이 감지에 필요한 시각적 구별성이 부족합니다. 고대비 스페클 패턴을 유리 표면에 투사함으로써 시스템은 인공적인 텍스처를 생성하여 소프트웨어가 발의 3D 형상을 정확하게 매핑할 수 있도록 합니다.
인공 텍스처가 추가되지 않으면 표준 스캐닝 알고리즘은 유리에 압착된 매끄러운 발바닥의 형상을 구별하는 데 어려움을 겪습니다. 맞춤형 스페클 패턴은 걷기의 중요한 푸시오프 단계와 같은 동적 움직임 중에 정확한 모양을 재구성하는 데 필요한 필수 시각 데이터를 제공합니다.
생체 역학 스캐닝의 과제
"빈 캔버스" 문제
대부분의 3D 재구성 알고리즘은 깊이를 계산하기 위해 객체 표면의 고유한 특징 또는 "랜드마크"를 식별하는 데 의존합니다.
그러나 발바닥은 비교적 매끄럽고 색상이 균일합니다. 이러한 자연스러운 텍스처 부족으로 인해 센서가 표면이 어떻게 구부러지거나 변형되는지 추적하기 어렵습니다.
투명 지지 유리 역할
체중 부하 상태에서 발을 캡처하기 위해 대상은 일반적으로 투명한 유리판 위를 걷습니다.
이를 통해 카메라가 아래에서 발바닥을 볼 수 있지만, 발이 유리에 가하는 압력으로 인해 피부가 평평해집니다. 이는 자연스러운 그림자와 텍스처를 더욱 감소시켜 깊이 감지 알고리즘에 발이 보이지 않게 만듭니다.
프로젝션 장치가 문제를 해결하는 방법
인공 랜드마크 생성
프로젝션 장치는 유리와 발 사이의 인터페이스에 맞춤형 스페클 패턴을 오버레이하여 텍스처 부족을 해결합니다.
이러한 스페클은 고대비 앵커 포인트 역할을 합니다. 카메라는 이러한 패턴이 발 표면에서 어떻게 변형되거나 위치하는지 관찰하며, 이를 통해 소프트웨어는 높은 정밀도로 깊이를 삼각 측량할 수 있습니다.
동적 4D 재구성 활성화
주요 참조는 이 방법이 걷기의 푸시오프 단계와 같은 동적 순간에 중요하다는 것을 강조합니다.
이러한 순간적인 움직임 동안 발은 빠르게 모양이 변합니다. 투사된 패턴은 시스템이 표면 형상에 대한 지속적인 "잠금"을 유지하도록 보장하여 자연적인 시각적 단서가 없는 경우 데이터 손실을 방지합니다.
절충점 이해
하드웨어 복잡성
이 솔루션을 구현하려면 단순한 카메라 이상의 특수 하드웨어가 필요합니다.
시스템은 능동 프로젝션 장치에 완전히 의존합니다. 프로젝터가 가려지거나 특정 피부톤에 대해 패턴의 대비가 충분하지 않으면 형상 재구성의 정확도가 즉시 저하됩니다.
인터페이스에 대한 특수성
이 기술은 유리 접촉 시나리오를 위해 특별히 설계되었습니다.
이는 "접촉" 스캐닝을 위한 전문화된 솔루션입니다. 전통적인 수동 사진 측량이 실패하는 간극을 메우지만, 투사된 빛 패턴의 품질과 보정에 대한 의존성 계층을 추가합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
주요 초점이 고충실도 형상이라면:
- 프로젝션 시스템이 발 아치와 압력 지점의 미세한 변화를 해결하기 위해 고밀도 스페클 패턴을 제공하는지 확인하십시오.
주요 초점이 동적 모션 분석이라면:
- 프로젝션 장치가 고속 카메라와 완벽하게 동기화되어 모션 블러 없이 푸시오프 단계의 빠른 변형을 캡처하는 시스템을 우선시하십시오.
스캐닝 표면에 인공적으로 텍스처를 적용함으로써 보이지 않는 생체 역학적 상호 작용을 측정 가능한 데이터 풍부한 환경으로 변환합니다.
요약 표:
| 기능 | 수동 스캐닝 | 능동 4D 스캐닝 (투사 스페클) |
|---|---|---|
| 표면 텍스처 | 자연스러운 피부 특징에 의존 | 인공 고대비 랜드마크 생성 |
| 유리 접촉 | 평평해진 피부에 어려움 | 압력 인터페이스 정확하게 매핑 |
| 동적 캡처 | 움직이는 동안 데이터 손실 가능성 | 푸시오프 중 형상에 대한 지속적인 '잠금' |
| 주요 이점 | 낮은 하드웨어 비용 | 고정밀 생체 역학 데이터 |
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참고문헌
- 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
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