一种足底压力分布对称性特征检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及足底压力检测和人体力线评估领域，具体涉及一种足底压力分布对称性特征识别检测装置及检测方法。

背景技术

足底矫形支具的原理，是通过与脚部紧密接触对脚部结构及受力进行调节，使足踝受力平衡，改善足踝力线进而形成正常的传导力线。支具通过调整足底与地面的接触面积、角度、高度等，分散过高的足底局部压力，自下而上改善人体力线以达到治疗力线失衡的效果。

但是，现有技术中对足底压力分布进行测量的系统存在很多缺陷，首先当前足底压力分布测量系统使用的评估指标主要是压力的大小和压力中心的偏移量。这些指标只是单侧或双侧足底压力的统计学指标，对称性评价也仅为重心比例偏移等单点评价方法，丢失了空间分布、特征信息，无法有效反映受力结构差异，使用传统指标无法定量分析足底不同区域受力的分布差异，对指标的解读依赖于人的主观判断，无法进行数字化评估，更无法指导个性化足底矫形支具的结构设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种足底压力分布对称性特征检测装置及检测方法，根据足底压力分布计算的对称性指标可以有效的评估人体站姿状态下的不对称性。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置包括用于检测足底压力分布的压力采集板1；用于采集足底压力数据及计算指标的处理计算机3；用于在压力采集板1和处理计算机3之间进行信号传输的信号线2。如图1所示。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置各组成部分之间的关系为：压力采集板1与信号线2的一端相连，信号线2的另一端为USB接口，与处理计算机3的任一USB端口相连。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置的处理计算机3上运行用于处理计算足底压力分布特征的足底压力分布对称性特征检测软件。该软件包括用于处理从压力采集板1上采集的足底压力信息的数据处理模块4；用于实时计算足底压力分布特征指标的特征计算模块5；将指标和压力分布实时显示的可视化模块6。三个模块之间的关系如下：数据处理模块4计算处理后的数据流向特征计算模块5用于计算足底压力分布特征；同时数据处理模块4计算处理后的数据也流向可视化模块6，用于显示处理后的足底压力数据；特征计算模块5计算得到的足底压力分布特征参数数据流向可视化模块6，用于显示或展示足底压力分布特征。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置的压力采集板1采用当前市售的薄膜矩阵式压力传感器制作，传感器厚度不足1毫米，如图4所示。典型市售的薄膜矩阵式压力传感器如艾动IMM00014/57型薄膜压力传感器。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于本发明使用过程包括如下步骤：

S1、被测者双足赤脚自然站立在压力采集板1上，双脚与肩同宽，保证左右两侧足跟对齐，如图3所示。

S2、处理计算机3通过信号线2采集压力采集板1此时获得的被测者足底压力数据矩阵点列。

S3、运行处理计算机3上的足底压力分布对称性特征检测软件计算足底压力分布特征。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于上述步骤S3采用本发明提出的自适应双阈值法实现足部区域自动分割并在此基础上进行特征计算，具体包括以下子步骤：

S31通过S2步骤获取被测者足底压力数据矩阵点列后，使用高斯3*3模板进行滤波，该模板通过

S32使用第三四分位数Q3作为阈值，将低于该阈值的足底压力数据矩阵点列值置0。引入基于四邻域Two-pass算法对阈值分割后的足底压力数据矩阵点列进行连通域分割。如果分割后得到两个连通域，则认为足底压力数据矩阵点列中脚趾部分并未触地，直接进行步骤S34；如果产生三个连通域则认为脚趾区域触地，进行步骤S33。

S33使用步骤S31中的Q1作为阈值将足底压力数据矩阵点列低于该阈值的数值置0，使用S32中的四邻域Two-pass算法计算足底压力数据矩阵点列的连通域，不断提升切割阈值(每次提升1)，直到最终连通域的个数为2，取下方连通域即为脚掌区域。

S34、分别从左右足底压力数据矩阵点列中的足跟中点画一条垂线，称为足中轴，再画一条正交于该轴且过足底压力数据矩阵点列最前点的线段，将足跟中点到最前点的这部分足底压力数据矩阵点列区域平分为三段，即足前区域、足中区域和足跟区域。

S35、计算足底压力数据矩阵点列数据的数字特征。将足底压力数据矩阵点列数据中压力数值相等的点连接为一条曲线，成为等压线，如图5所示。提取每条等压线形成的图形的面积、等效椭圆长短轴比、圆度和矩形度特征。

方法如下：

等压线形成的图形面积计算方法为：已知每个压力传感器单元面积为1平方厘米，根据S34步骤中分割出的连通域中包含的压力传感器单元个数N即可得到等压线图形面积为N*1平方厘米。

圆度C的计算公式为

矩形度R的计算公式R＝A

等效椭圆的长轴计算公式为

S36、采用对称角度评价法计算左右足的不对称性。

采用对称角度评价法评价S35步骤中计算的每个数字特征左右足不对称性，对称角度SA的计算方法如下：

X

本发明的有益效果如下：

本发明可以有效采集被测者足底各区域的足底压力分布并计算数字化评价指标。设计了改进的自适应阈值法融合先验知识，使用动态最佳阈值进行区域分割，避免了因个体差异导致的阈值差异，可以有效地分离脚掌和脚趾区域，在脚掌、脚趾压力粘连的情况下分割出脚趾区域并最大程度的保留了脚掌数据。

本发明使用的连通域分析法采用4邻域Two-pass算法，相较于现有的常用的8邻域seed filling算法，简化了连通域数量，计算逻辑更为简单、计算量小，计算速度更快。

本发明的对称性评估方法计算简便，可有效表达左右足部压力分布的不对称性特征，而且不对称性指标可有效表达不同压力值形成的等压线对称情况。

附图说明

图1为足底压力分布对称性特征检测装置整体结构图；

图2为软件模块组成示意图；

图3为足底压力分布对称性特征检测装置测量示意图。

图4为压力采集板1的传感器点位矩阵分布图，图中每个小方格均为一个压力传感器形状及点位；

图5为足底压力分布等压线图

附图标记说明：

1、压力采集板；2、信号线；3、处理计算机；4、数据处理模块；5、特征计算模块；6、可视化模块；7、压力传感器形状及点位

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置包括用于检测足底压力分布的压力采集板1，典型实施例为市售的薄膜矩阵式压力传感器如艾动IMM00014/57型薄膜压力传感器，由44×52共2288个压阻式压力传感器节点组成的薄膜式压力传感器矩阵；用于采集足底压力数据及计算指标的处理计算机3；用于在压力采集板1和处理计算机3之间进行信号传输的信号线2。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置各组成部分之间的关系为：压力采集板1与信号线2的一端相连，信号线2的另一端为USB接口，与处理计算机3的任一USB端口相连，处理计算机3与压力采集板1之间通过信号线2采用TCP/IP协议传输足底压力数据。

如图2所示，一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置的处理计算机3上运行用于处理计算足底压力分布特征的足底压力分布对称性特征检测软件。该软件包括用于处理从压力采集板1上采集的足底压力信息的数据处理模块4；用于实时计算足底压力分布特征指标的特征计算模块5；将指标和压力分布实时显示的可视化模块6。三个模块之间的关系如下：数据处理模块4计算处理后的数据流向特征计算模块5用于计算足底压力分布特征；同时数据处理模块4计算处理后的数据也流向可视化模块6，用于显示处理后的足底压力数据；特征计算模块5计算得到的足底压力分布特征参数数据流向可视化模块6，用于显示或展示足底压力分布特征。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于该检测装置的压力采集板1采用当前市售的薄膜矩阵式压力传感器制作，传感器厚度不足1毫米。典型实施例采用市售的薄膜矩阵式压力传感器如艾动IMM00014/57型薄膜压力传感器。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于本发明使用过程包括如下步骤：

S1、如图3所示，被测者双足赤脚自然站立在压力采集板1上，双脚与肩同宽，保证左右两侧足跟对齐。

S2、处理计算机3通过信号线2采集压力采集板1此时获得的被测者足底压力数据矩阵点列。

S3、运行处理计算机3上的足底压力分布对称性特征检测软件计算足底压力分布特征。

一种足底压力分布对称性特征检测装置，其特征在于上述步骤S3采用本发明提出的自适应双阈值法实现足部区域自动分割并在此基础上进行特征计算，具体包括以下子步骤：

S31通过S2步骤获取被测者足底压力数据矩阵点列后，使用现有高斯3*3模板进行滤波，该模板通过

S32使用第三四分位数Q3作为阈值，将低于该阈值的足底压力数据矩阵点列值置0。引入基于四邻域Two-pass算法对阈值分割后的足底压力数据矩阵点列进行连通域分割，按顺序从1开始标记，将所有非零相邻数据矩阵点归为一个数据矩阵点集，标记为同一个数字，不同的数据矩阵点集之间标记为不同的数字，如果点集中点的数量不足50则将其忽略，最终数字的大小即为连通域的个数。如果分割后得到两个连通域，则认为足底压力数据矩阵点列中脚趾部分并未触地，直接进行步骤S34；如果产生三个连通域则认为脚趾区域触地，进行步骤S33。

S33使用步骤S31中的Q1作为阈值将足底压力数据矩阵点列低于该阈值的数值置0，使用S32中介绍的方法计算足底压力数据矩阵点列的连通域个数，不断提升切割阈值(每次提升1)，直到最终连通域的个数为2，取下方连通域即为脚掌区域。以如下数据为例：

计算上述数据矩阵点列Q1和Q3可得Q1＝5.5，Q3＝15.5，使用Q3作为阈值将所有低于Q3的数据置0可得如下数据矩阵点列：

设置点集阈值为2，则对数据矩阵点列进行连通域分析，按顺序从1开始标记，将所有非零相邻数据矩阵点归为一个数据矩阵点集，标记为同一个数字，不同的数据矩阵点集之间标记为不同的数字，如果点集中点的数量不足2则将其忽略，最终得到如下数据矩阵点列：

统计可知该数据矩阵点列中有两个连通域。

S34、分别从左右足底压力数据矩阵点列中的足跟中点画一条垂线，称为足中轴，再画一条正交于该轴且过足底压力数据矩阵点列最前点的线段，将足跟中点到最前点的这部分足底压力数据矩阵点列区域平分为三段，即足前区域、足中区域和足跟区域。

S35、计算足底压力数据矩阵点列数据的数字特征。将足底压力数据矩阵点列数据中压力数值相等的点连接为一条曲线，成为等压线，如图5所示。提取每条等压线形成的图形的面积、等效椭圆长短轴比、圆度和矩形度特征。

方法如下：

等压线形成的图形面积计算方法为：已知每个压力传感器单元面积为1平方厘米，根据S34步骤中分割出的连通域中包含的压力传感器单元个数N即可得到等压线图形面积为N*1平方厘米。

圆度C的计算公式为

矩形度R的计算公式R＝A

等效椭圆的长轴计算公式为

S36、采用对称角度评价法计算左右足的不对称性。

采用对称角度评价法评价S35步骤中计算的每个数字特征左右足不对称性，对称角度SA的计算方法如下：

X

以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。