DE3520271C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Bestimmen der Änderung äußerer Merkmale mindestens eines Bereiches einer Person in Abhängigkeit von der Zeit, die eine Drehplatte mit mindestens einer Markierung für die Position der Person auf der Drehplatte, eine Videocamera, deren Position relativ zur Drehplatte fixiert ist und die mit einem Bildanalysator kombiniert ist zum Registrieren, Speichern und Auswerten der Bilder, sowie eine Leinwand, deren Position ebenfalls relativ zur Drehplatte fixiert ist und Beleuchtungsmittel aufweist.

Das Problem, die Änderung äußerer Merkmale einer Person zu bestimmen, stellt sich insbesondere dann, wenn man die Wirkungen von schlankmachenden Produkten oder Behandlun­ gen verfolgen will, deren Ziel es ist, das Erscheinungs­ bild einer Person zu verändern.

So kann man beispielsweise die Umfangsmaße bestimmter Zonen direkt messen. Es ist auch möglich, Hautfalten direkt zu messen. Jedoch läßt die Genauigkeit dieser Messungen zu wünschen übrig, da man sie nicht immer an derselben Stelle und bei vergleichbaren Bedingungen durch­ führen kann.

Es ist auch vorgeschlagen worden, den Abstand zwischen dem Knochen und der Haut mit Hilfe von Ultraschallwellen echographisch zu messen und so die Veränderungen dieses Abstandes zu verfolgen. Ferner ist vorgeschlagen worden, Röntgenstrahlen einzusetzen, um den Abstand zwischen dem Knochen und der Haut zu messen. Diese Vermessungssysteme sind jedoch schwer und können im allgemeinen nur in speziell dafür ausgerüsteten Labors eingesetzt werden. Zudem ist es durch den Vergleich von Werten, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, nicht immer möglich, die Veränderungen genau zu bestimmen. Die Ergebnisse jeder Messung hängen in der Tat von dem Ort ab, an dem die Messung durchgeführt wird, und von den Bedingungen, unter denen diese Messung durchgeführt wird. Dieser Ort und diese Bedingungen können von einer Messung zur anderen derart variieren, daß die Ungenauigkeiten, die auf der Positionierung beruhen, dieselbe Größenordnung haben, wie die Genauigkeit der Messung selbst.

Dieses Problem, Änderungen äußerer Merkmale in Abhängig­ keit von der Zeit zu bestimmen, ist nicht auf die Be­ stimmung von Abmessungen beschränkt. So kann man beispiels­ weise auch den Einfluß von Sonnenfilter auf die Entwick­ lung der Farbe von Hautzonen einer Person bestimmen.

Die DE-OS 28 22 090 betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Erzeugung und Auswertung von Bilddifferenzen, bei dem ein von einer Kamera aufgenommenes Bild mit den Farbstufen einer ersten Farbe gespeichert wird und ein zweites von der Kamera aufgenommenes Bild in eine zu der ersten Farbe komplementäre Farbe umgesetzt und mit dem ersten Bild verglichen wird. Die zwischen dem ersten und zweiten Bild deckungsgleichen Bildpunkte werden in ent­ sprechende Farbstufen einer dritten Farbe umgesetzt.

Die DE-OS 31 04 996 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Größe des gesamten oder eines Teiles eines menschlichen Körpers. Die Vorrichtung ent­ spricht im Prinzip der oben geschilderten Vorrichtung, die nur die optische Abtastung der Silhoettenkontur er­ möglicht. Die zu vermessende Person steht im Lichtweg zwischen Lichtquelle und optischem Rezeptor. Als Licht­ quelle werden lichtemittierende Dioden und als Rezeptoren Fototransistoren verwendet.

Die FR-PS 15 64 781 betrifft eine elektronische Vorrich­ tung zur Vermessung des menschlichen Körpers. Diese Vor­ richtung umfaßt eine Drehplatte mit einer Markierung für die Position der Person auf der Drehplatte, eine relativ zur Drehplatte fixierte Kamera, die mit einem Bildanalysator zum Registrieren, Speichern und Auswerten der Bilder kombi­ niert ist, sowie eine ebenfalls zur Drehplatte fixierte Leinwand und Beleuchtungsmittel. Die Beleuchtungsmittel sind jedoch von der Kamera aus gesehen hinter der Leinwand angeordnet. Die Leinwand ist daher transluzent und die Bild­ aufzeichnung erfolgt in dem von der Leinwand erzeugten transluzenten Streulicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubil­ den, daß eine leichtere und präzisere Positionierung und Vermessung einer Person gewährleistet ist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß im reflektierten Streulicht eine präzisere optische Aufzeichnung und Aus­ wertung möglich ist, vor allem auch, wenn Farbänderungen auf der Haut präzise erkannt und quantifizierbar erfaßt werden sollen. Außerdem wurde gefunden, daß mit Hilfe einer Plattform, die einen Rahmen mit Nackenstütze aufweist, eine wesentlich schnellere und präzisere Fixierung der zu ver­ messenden Person möglich ist, so daß die zu verschiedenen Zeitpunkten von der gleichen Person gewonnenen Bilder exakt übereinstimmen und nur die in der Zwischenzeit am zu ver­ messenden Objekt erfolgten Änderungen in Erscheinung treten.

Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Drehplatte (2) einen höhenverstellbaren Rahmen (2 a) auf­ weist, der aus zwei parallelen senkrechten Streben, die so weit beabstandet sind, daß die Sicht auf die Person (1) nicht behindert ist, und einem oberen horizontalen Quer­ arm (2 b), an dem eine Nackenstütze (2 c) angebracht ist, die in einer zur Mittelebene des Rahmens (2 a) orthogonalen Richtung verschiebbar ist, besteht und daß die Beleuchtungsmittel (4, 5) an jeder Seite der Leinwand so angebracht sind, daß deren Licht auf die der Person zugewandte Fläche der Leinwand (6) gerichtet ist und von ihr reflektiert und nach vorne gestreut wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise zur Bestimmung von Behandlungseffekten, insbesondere im Gesicht, den Schenkeln oder den Brüsten, zur Bestimmung von Farb­ änderungen der Hautoberfläche einer Person, zur Bestimmung der Entwicklung von Narben, insbesondere bei Personen mit Verbrennungen, und zur Bestimmung der Entwicklung von Schwangerschaftsstreifen (Bestimmung der Maße und der Farbe) brauchbar.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung;

Fig. 2 ein Schema, das die Bestimmung von Achsen des Querschnitts einer Zone erläutert,

Fig. 3 ein vereinfachtes Organigram, das die Stufen der Erfassung und der Auf­ nahme eines Bildes zusammenfaßt,

Fig. 4 ein vereinfachtes Organigram, das die Stufen des Vergleichs der beiden Bilder und der Messung ihrer Unterschiede zu­ sammenfaßt, und

Fig. 5 ein vereinfachtes Organigram, das die Stufen der Berechnung eines Quer­ schnittes zusammenfaßt.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Person 1, die senkrecht auf einer Platte 2 steht, deren Mittelebene horizontal verläuft und die sich um eine senkrecht durch ihr Zentrum verlaufende vertikale Achse drehen kann. Diese Platte 2 weist Markierungszeichen auf, die beispielsweise aus den Umrißlinien der Füße einer Person 1 bestehen, um die Füße dieser Person 1 in Stellung zu bringen. Die Platte 2 ist außerdem an ihrem hinteren Teil mit einem entlang dem Doppelpfeil h höhenverstellbaren Rahmen 2 a ausge­ rüstet. Dieser Rahmen 2 a weist einen oberen horizontalen Querarm 2 b auf, an dem eine Stütze 2 c, insbesondere eine Nackenstütze angebracht ist, die in einer durch den Doppelpfeil 1 gezeigte zur Mittelebene des Rahmens 2 a orthogonalen Richtung verschiebbar ist. Die beiden senk­ rechten Streben des Rahmens 2 a verlaufen parallel und sind ausreichend beabstandet, damit die Sicht auf die Person 1 nicht behindert ist.

An jeder Seite einer Leinwand 6 (Schirm) sind Be­ leuchtungsmittel angebracht. Das ausgesandte Licht wird gegen die Oberfläche dieser Leinwand gerichtet. Das Licht wird von der Leinwand 6 nach vorne gestreut und reflektiert, d. h. nach rechts in der Zeichnung. Die Person 1 befindet sich vor der Leinwand 6, die im allge­ meinen weiß ist.

Ein Beobachter oder eine Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern 7 befindet sich noch weiter weg von der Leinwand 6 als die Person 1 (die Person 1 befindet sich somit zwischen der Leinwand 6 und der Vorrichtung 7). Die Vor­ richtung ist zur Leinwand 6 gerichtet. Die Person 1 er­ scheint als Schatten oder als dunkle Silhouette in Bezug auf die Leinwand 6, die einen hellen Hintergrund dar­ stellt.

Die Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern 7 weist mindestens eine Videokamera 8 auf, deren Position hinsicht­ lich der Platte 2 und der Leinwand 6 fixiert ist. Zudem sind Haltemittel 8 a vorgesehen, um die Kamera 8 in einer bestimmten Stellung zu halten.

Diese Haltemittel 8 a ermöglichen eine Höhenregulierung und eine Ausrichtung der Kamera 8, die dann in der einge­ stellten Stellung festgestellt wird. Die Leinwand 6 wird in einer Position gehalten, die bezüglich der Platte 2 sowie der Beleuchtungsmittel 4, 5 fixiert ist.

Die Videokamera 8 ist mit Mitteln zum Speichern und Auf­ zeichnen von Bildern verbunden. Diese Mittel bestehen aus einem Bildanalysator 9, beispielsweise im Bildanalysator QTM 900 von Cambridge Instruments. Dieses Bildanalyse­ system umfaßt einen Rechner (insbesondere Computer) und automatische Möglichkeiten, um Informationen von Bildern unterschiedlichen Ursprungs aufzuzeichnen, zu speichern, wiederzugeben, zu verändern und sichtbar zu machen. Dies ermöglicht das Wiedererkennen, Verändern und Auswerten von Einzelheiten dieser Bilder. Es ermöglicht ferner die Identifizierung dieser Einzelheiten durch Kombination von Schwärzungsmessungen, der Größe und der Form. Die als Graupegel aufgenommenen Bilder (64 Graupegel) werden in binäre Bilder transformiert und gespeichert.

Das System ermöglicht es, auf einem Videoschirm 10 zwei binäre Bilder gleichzeitig übereinanderliegend sichtbar zu machen und zu unterscheiden, welche Einzelheiten dem ursprünglichen Bild hinzugefügt wurden bzw. welche Einzel­ heiten des ursprünglichen Bildes fehlen, ohne daß die Einzelheiten des ursprünglichen Bildes verloren gehen. In der Fig. 1 ist schematisch ein Teil der Umrisse 11 (durchgezogene Linie), 12 (gestrichelte Linie) der beiden übereinandergelegten Bilder gezeigt.

Zu einem gegebenen Zeitpunkt T nimmt man mit Hilfe der Videokamera 8 ein Bild einer Zone einer Person oder einer Person 1 insgesamt auf. Beispielsweise nimmt man ein Bild einer Zone einer Person zwischen der Taille und den Knien auf. Diese Zone bildet eine Silhouette, die sich als Schatten vor der Leinwand 6 abzeichnet.

Zu einem späteren Zeitpunkt T + Δ T, wobei der Wert " Δ T" mehreren Tagen, Wochen oder selbst mehreren Monaten ent­ spricht, macht man das ursprüngliche Bild (aufgenommen zum Zeitpunkt T), das in Form eines binären Bildes vom Meßsystem gespeichert ist, auf einem Kontrollschirm des Bildanalysators 9 wieder sichtbar. Wenn man unter diesen Bedingungen zum Zeitpunkt T + Δ T dieses binäre Bild wieder abruft, kann man die Person 1 in eine Position bringen, die derjenigen bei der Aufnahme des Bildes zum ersten Zeitpunkt T soweit wie möglich entspricht. Man überlagert das erste gespeicherte Bild, das auf dem Schirm 10 sichtbar gemacht wurde, mit dem zweiten "lebenden Bild" auf dem Schirm 10. Es findet somit eine Art "Selbstausrichtung" der Person 1 statt. Dies ermöglicht, zuvor aufgetretene Fehlerquellen, die sich bei einem zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführten Vergleich einschleichen, beträchtlich zu vermindern. Das zum Zeit­ punkt T + Δ T als Graupegel aufgezeichnete zweite Bild wird ebenfalls in ein binäres Bild transformiert und ge­ speichert. Ein Wiederabrufen der beiden Bilder (Zeitpunkt T und T + Δ T) und deren Übereinanderlagerung auf dem Schirm des Analysators 9 ermöglicht es, Veränderungen, wie die Differenz zwischen den Umrißlinien, direkt zu be­ stimmen. Die Zonen, wo fotographierbare Unterschiede auf­ treten, können auf dem Schirm der Vorrichtung durch Schraffur hervorgehoben werden. Diese Unterschiede werden durch den Rechner quantitativ berechnet.

Man kann somit zu einem weiteren späteren Zeitpunkt einen erneuten Vergleich mit den zu den vorherigen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern durchführen.

Die Platte 2 kann man beispielsweise nacheinander in vier unterschiedliche Winkelpositionen bringen, die jeweils um 90° C verschoben sind. Derart kann man zu einem gegebenen Zeitpunkt vier Bilder der Person 1 in vier Positionen aufnehmen, d. h. von vorne, von hinten und von den beiden Seiten (Profil).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann man zur Untersuchung bestimmter Zonen der Person 1 einsetzen. Dazu zählt das Gesicht, die Schenkel und die Brüste. Man kann so nicht nur die Veränderungen der Maße, sondern auch die Ver­ änderungen hinsichtlich der Farbe, (Färbung) eines Haut­ bereichs bestimmen (Bewertung eines Erythemes, der Wirk­ samkeit von Sonnenfilter usw.). In diesem Fall nimmt direkte Bilder der Person 1 auf, ohne sich einer Schatten­ silhouette auf der Leinwand zu bedienen. Diese Bilder können auf einem Videoschirm beobachtet werden.

Man kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch einsetzen, um die Entwicklung von Narben, insbesondere von Personen mit Verbrennungen, oder die Entwicklung von Schwanger­ schaftsstreifen zu verfolgen. Im letzeren Fall bestimmt man nicht nur die Ausmaße (Oberfläche), sondern auch die Farbe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, die Ent­ wicklung der Silhouette einer Person zu verfolgen, die sich einer Schlankheitskur unterzieht oder schlankmachende Produkte verwendet.

Dazu nimmt man eine tridimensionale Analyse mit Hilfe der zuvor beschriebenen vier Messungen vor.

Betrachtet man beispielsweise einen fiktiven Querschnitt C (Fig. 2) eines Schenkels in einer bestimmten Höhe, dann kann man davon ausgehen, daß dieser Querschnitt im wesentlichen elliptisch ist. Die von hinten und von vorne aufgenommenen Messungen ermöglichen es, indem man den Mittelwert nimmt, die Achse a dieses Querschnitts zu be­ stimmen. Die beiden von der Seite aufgenommenen Messungen ermöglichen es, indem man ihren Mittelwert nimmt, die andere Achse b dieses Querschnitts C zu bestimmen, die orthogenal zur Achse a verläuft.

Der Umfang des Querschnitts C wird durch den Rechner mittels eines Programms berechnet.

Dieselbe Methode kann für einen Querschnitt in einer beliebigen Höhe angewandt werden. Statt der Messungen, die man nach Winkelverschiebungen um 90° durchführt, kann man auch zahlreichere Messungen durchführen, indem man die Platte 2 durch geeignete Drehung um beispielsweise jeweils 10° rotieren läßt. Man bestimmt nacheinander die in der Fig. 2 gezeigten Abstände g 1, g 2 . . . . Man kann so mit einer größeren Genauigkeit den Umfang C bestimmen, indem man eine größere Anzahl an Punkten dieses Umfangs be­ rechnet.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltene Quantifizierung ist sehr fein, da die im allgemeinen unter­ suchte Zone zwischen der Taille und den Knien in 700 Schnitte unterteilt wird.

Die qualitativen Veränderungen (Registrierung von Orten, wo Veränderungen des Umfangs stattfinden, werden schnell bestimmt und aufgezeichnet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Reihenuntersuchungen ermöglichen es, den Umfang C bis zu einer Größenordnung von 1 mm genau zu bestimmen. Diese Untersuchungen korrelieren ausgezeichnet mit klinischen Tests (Messungen, die mit einem weichen Maßband durchge­ führt wurden).

Reihenuntersuchungen, wie die zuvor genannten, ermöglichen es, die Wirksamkeit eines schlankmachenden Produktes nach 10-tägiger bzw. 20-tägigerAnwendung des Produktes zu be­ stimmen.

Die Silhouette des zu untersuchenden Objekts, die sich vor dem weißen Hintergrund abzeichnet, nimmt man in vier Positionen (rechtes und linkes Profil, von vorne und von hinten) zum Zeitpunkt T₀ auf. Dies wiederholt man bei den­ selben Bedingungen nach 10-tägiger und 20-tägiger An­ wendung des Produktes. Das Bild wird im Hauptspeicher des Bildanalysators 9 aufgezeichnet und kann so bei der zweiten und dritten Untersuchung wieder abgerufen werden, so daß die Silhouetten übereinandergelegt und verglichen werden können.

Die Ergebnisse können einerseits qualitativ zum Ausdruck gebracht werden. So kann man die zum Zeitpunkt T₀ und 10 und 20 Tage später beobachteten Unterschiede zwischen den Silhouetten direkt auf den Kontrollschirm 10 sichtbar machen und fotographieren. In der Fig. 1 ist dies schematisch gezeigt. Die durchgezogene Linie 11 stellt einen Teil der Umrisse der Silhouette zum Zeitpunkt T₀ dar. Die punktierte Line 12 stellt beispielsweise die Umrisse dieser Silhouette nach 20-tägiger Behandlung dar.

Die Ergebnisse können andererseits auch in quantitativer Form zum Ausdruck gebracht werden. Jede Silhouette kann zum Zeitpunkt T₀ und 10 und 20 Tage später auf Millimeter genau vermessen werden. Die Meßergebnisse werden im Rechner verarbeitet. Ausgehend von dem registrierten Durchmesser für jede Zone (Hüfte, Schenkel im oberen und mittleren Bereich) berechnet man den mittleren Umfang, wobei man den in vier Stellungen (rechtes und linkes Profil, von vorne und von hinten) gemessenen mittleren Durchmesser berücksichtigt.

In der Fig. 3 sind die Stufen der erfindungsgemäßen Er­ fassung und Messung eines Bildes schematisch wiederge­ geben. Zudem wird ein Programm eingesetzt, das zu diesem Zweck in den Rechner eingegeben worden ist.

In einer ersten Stufe, die mit "Kalibrierung" bezeichnet ist, wird das System geeicht, um sicherzustellen, daß die Maße auf dem Bild mit den wirklichen Maßen gut korrespondieren.

In einer zweiten Stufe, die mit "Ausrichtung der Ver­ suchsperson" bezeichnet ist, soll das Bild auf der Lein­ wand ausgerichtet werden.

Die dritte Stufe ist mit "Auffinden des bereinigten Bildes" bezeichnet. In dieser Stufe kann das Bild aufge­ funden werden. Die durch Störungen hervorgerufenen, nicht zu diesem Bild gehörenden Punkte werden unterdrückt.

Die vierte Stufe, die mit "Erfassung des Bildes" be­ zeichnet ist, besteht aus einer Bildabtastung und einer Bestimmung der Koordinaten der Bildpunkte.

Das Bild wird anschließend vermessen (Vermessen des Bildes) und gespeichert ("Speicherung des Bildes").

Das Bild wird auf dem Schirm ("Sichtbarmachung des Bildes") sichtbar gemacht. Zudem kann eine Stufe "Ausdrucken" vor­ gesehen sein, um das Bild in gedruckter Form zu erhalten.

Fig. 4 zeigt schematisch die Stufen, die bei einem Ver­ gleich von zwei Bildern durchlaufen werden. Ein erstes Bild ist zum Zeitpunkt T aufgenommen und gespeichert worden. Dabei werden die ersten der in Fig. 3 gezeigten Stufen durchlaufen. Diese Stufen werden hier nicht erneut erläutert. Zum Zeitpunkt T + Δ T wird ein zweites Bild aufgenommen. Nach Erfassung des zweiten Bildes fragt man das gespeicherte Bild ("Abfragen des gespeicherten Bildes") ab und legt das erste gespeicherte Bild und das zweite Bild übereinander ("Übereinanderlegen der Bilder").

Man vergleicht anschließend die beiden Bilder ("Bildver­ gleich"). Die Unterschiede macht man sichtbar ("Sichtbar­ machung der Unterschiede"). Ferner vermißt man die Unter­ schiede ("Messung der Unterschiede"). Die Meßergebnisse läßt man gegebenenfalls ausdrucken ("Ausdrucken").

In der Fig. 5 sind schematisch die Stufen zur Berechnung des Umfangs eines Querschnitts zusammengefaßt.

Nach der Eichung ("Kalibrierung") fragt man die vier Bilder [von vorne, von hinten und von den beiden Seiten (Profil) aufgenommen] der Person ab.

In jedem Bild sucht man nach der zu untersuchenden Zone (beispielsweise Taille, oberer Schenkelbereich ...). Anschließend vermißt man die Zone ("Aufnahme, Vermessen der Zone"). Die Meßergebnisse speichert man ab.

Man ruft anschließend die gespeicherten Ergebnisse ("Ab­ ruf der gespeicherten und untersuchten Zone sowie Er­ gebnisse") ab, berechnet anschließend den Umfang ("Be­ rechnung, Rekonstruktion des Umfangs") und druckt die Rechenergebnisse aus.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Änderung äußerer Merkmale mindestens eines Bereiches einer Person in Abhängigkeit von der Zeit, die eine Drehplatte mit mindestens einer Markierung für die Position der Person auf der Drehplatte, eine Videocamera, deren Position relativ zur Drehplatte fixiert ist und die mit einem Bildanalysator kombiniert ist zum Registrieren, Speichern und Auswerten der Bilder, sowie eine Leinwand, deren Position ebenfalls relativ zur Drehplatte fixiert ist und Beleuchtungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehplatte (2) einen höhenverstellbaren Rahmen (2 a) auf­ weist, der aus zwei parallelen senkrechten Streben, die so weit beabstandet sind, daß die Sicht auf die Person (1) nicht behindert ist, und einem oberen horizontalen Quer­ arm (2 b), an dem eine Nackenstütze (2 c) angebracht ist, die in einer zur Mittelebene des Rahmens (2 a) orthogonalen Richtung verschiebbar ist, besteht und daß die Beleuchtungsmittel (4, 5) an jeder Seite der Leinwand so angebracht sind, daß deren Licht auf die der Person zugewandte Fläche der Leinwand (6) gerichtet ist und von ihr reflektiert und nach vorne gestreut wird.