專利名稱：足底壓力實時顯示系統(tǒng)和方法
足底壓力實時顯示系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及足底壓力分布，尤其是涉及一種足底壓力實時顯示系統(tǒng)和方法。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的足底壓力分布測試裝置均是采集一段時間內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存 儲，然后一次性提取進(jìn)行后期分析。上述的足底壓力分布測試裝置缺乏實時形象地顯示足 底壓力分布狀況的機制。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述，有必要提供一種足底壓力實時顯示系統(tǒng)，可將足底壓力的分布狀況實 時地以圖形化的方式進(jìn)行顯示。一種足底壓力實時顯示系統(tǒng)，包括足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置，用于與足底接觸并以 一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀；足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置，與足 底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置連接，以設(shè)定的速度即時讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理 得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)；顯示裝置，與足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置連接，獲取所述壓力分布圖像 數(shù)據(jù)并根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。優(yōu)選地，所述足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置包括依次連接的呈矩陣排布的壓力傳感器陣 列、多個信號通道選擇開關(guān)、信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理器，所述信號通道 選擇開關(guān)順次按一定的時間間隔打開采集對應(yīng)的信號通道內(nèi)的壓力信號，所述信號放大器 將所述壓力信號放大后傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳遞給數(shù)字信 號處理器，所述數(shù)字信號處理器最終將每一時間間隔內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)幀。優(yōu)選地，所述壓力傳感器陣列數(shù)量為兩個，每個壓力傳感器陣列包括緊密排布的 128個元片傳感器，形成8列X 16行的矩陣，所述數(shù)據(jù)幀為每一一定的時間間隔內(nèi)采集壓力 數(shù)據(jù)時與所述壓力傳感器陣列對應(yīng)的8列X 16行的數(shù)據(jù)矩陣。優(yōu)選地，所述足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置與足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置之間采用有線連接 和無線連接中的至少一種，其中有線連接包括采用USB接口的連接，無線連接包括采用射 頻方式的連接。優(yōu)選地，所述足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置對每一數(shù)據(jù)幀進(jìn)行插值處理，生成三維分布 圖像數(shù)據(jù)。此外還提供一種足底壓力實時顯示方法。一種足底壓力實時顯示方法，包括如下步驟以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù) 據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀；以設(shè)定的速度即時讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理 得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。優(yōu)選地，所述時間間隔小于1/30秒。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)幀是8列X 16行的數(shù)據(jù)矩陣。優(yōu)選地，所述對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理的步驟具體包括將所述數(shù)據(jù)矩陣分割成數(shù)個子區(qū)域，所述子區(qū)域與足底的數(shù)個滿足足底解剖學(xué)的生理部位對應(yīng)；計算每個子區(qū)域的峰值 壓力和接觸面積；根據(jù)所述峰值壓力和接觸面積得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)的步驟具體為對每一數(shù) 據(jù)幀進(jìn)行插值處理，生成三維分布圖像數(shù)據(jù)。上述系統(tǒng)和方法以設(shè)定的速度即時讀取足底壓力的數(shù)據(jù)幀，并進(jìn)行處理得到壓力 分布圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)該分布圖像數(shù)據(jù)可以實時地顯示足底壓力的分布狀況。

圖1為一實施例的足底壓力實時顯示系統(tǒng)；圖2為足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為壓力傳感器陣列示意圖；圖4為足底壓力的數(shù)據(jù)幀示意圖；圖5為另一實施例的足底壓力實時顯示方法流程圖；圖6為對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)的流程圖。
具體實施方式以下結(jié)合附圖進(jìn)行進(jìn)一步說明。如圖1所示，為一實施例的足底壓力實時顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括依次連接的足底 壓力數(shù)據(jù)獲取裝置10，足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置20以及顯示裝置30。其中足底壓力數(shù)據(jù)獲取 裝置10用于與足底接觸并以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀， 足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置20以設(shè)定的速度即時讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理 得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)，顯示裝置30獲取所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)并根據(jù)所述壓力分布圖 像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。如圖2所示，足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置10包括依次連接的呈矩陣排布的壓力傳感器 陣列102、多個信號通道選擇開關(guān)104、信號放大器106、模數(shù)轉(zhuǎn)換器108以及數(shù)字信號處理 器110。壓力傳感器陣列102包括多個緊密排布的元片傳感器，呈矩陣排布與成人足底大 小相當(dāng)，可供足底踩踏，承受壓力后獲得連續(xù)的壓力信號；信號通道選擇開關(guān)104可順次按 一定的時間間隔選擇性地輸出不同元片傳感器采集的壓力信號，該時間間隔內(nèi)所有的元片 傳感器至少完成一次壓力信號采集；壓力信號經(jīng)過信號放大器106放大后傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換 器108，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器108轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后由數(shù)字信號處理器110將每一時間間 隔內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)幀。在其他實施例中，還可包括對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行暫存的存儲單 元。足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置10可在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干改動，如去掉信號通道選擇 開關(guān)等，只需滿足能夠獲得足底壓力的數(shù)據(jù)幀即可。如圖3所示，在優(yōu)選的實施例中，壓力傳感器陣列102包括128個緊密排布的元片 傳感器，以8列X16行的矩陣形式排布。每個元片傳感器為矩形，尺寸為1.75cmX 1.4cm。 因此該壓力傳感器陣列102的最小尺寸(僅當(dāng)所有元片傳感器緊密排列)為長 28cm(l. 75cmX16)，寬11. 2cm(l. 4cmX8)，與成人足底尺寸相當(dāng)。測試中，為獲得正常站立 時的足底壓力，可設(shè)兩個壓力傳感器陣列102，分別位于測試者的兩腳下。在其他的實施例 中，元片傳感器的排列方式以及尺寸可參照上述排列進(jìn)行適當(dāng)變換。
信號通道選擇開關(guān)104可選擇多路信號通道，以8列X 16行的矩陣形式排布的壓 力傳感器陣列為例，可以每8列X 4行采集的壓力信號為一路，順次進(jìn)行采集，則一共需要4 路信號通道，即需4個信號通道開關(guān)控制。在其他實施例中，也可采用其他的分路方式，如 8路8列X2行的信號等等。在一定的時間間隔內(nèi)，如1/50秒，4路信號通道順次完成至少 一次壓力信號的采集。數(shù)字信號處理器110將每一時間間隔內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀 是與壓力傳感器陣列102對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，如8列X 16行的壓力傳感器陣列對應(yīng)8列X 16 行的數(shù)據(jù)矩陣，該數(shù)據(jù)矩陣中每一個數(shù)據(jù)項都與一個元片傳感器某一次采集的壓力信號對應(yīng)。足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置10和足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置20采用有線連接和無線連接 中的至少一種，其中有線連接包括采用USB接口的連接，無線連接包括采用射頻方式的連 接。由足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置10獲取的數(shù)據(jù)幀通過上述的USB接口方式和射頻方式等傳 輸給足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置20。足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置20以設(shè)定的速度讀取數(shù)據(jù)幀，如每 秒30幀至每秒50幀。每一數(shù)據(jù)幀進(jìn)行進(jìn)一步的處理，得到足底壓力分布狀況的圖像數(shù)據(jù)。 該圖像數(shù)據(jù)可以是與足底壓力對應(yīng)的以高度區(qū)別壓力大小的三維圖像數(shù)據(jù)，也可以是以顏 色區(qū)分壓力大小的二維圖像數(shù)據(jù)，接觸面積也同時包含在該圖像數(shù)據(jù)中。圖像數(shù)據(jù)被顯示裝置30獲取并解析即可顯示該三維圖像或二維圖像，由于數(shù)據(jù) 幀是以較快的速率生成并被轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行顯示，因此本實施例的足底壓力顯 示系統(tǒng)可實時地以直觀的圖像顯示足底壓力分布狀況(包括壓力區(qū)域、大小等)。以下以另一實施例詳細(xì)說明足底壓力的顯示方法。如圖5所示，該方法包括如下 步驟S10:以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀。壓力傳感器陣 列102與測試者的足底接觸，每一個與足底相接觸的元片傳感器承受壓力并產(chǎn)生連續(xù)的壓 力信號，一定的時間間隔內(nèi)，獲取所有元片傳感器輸出的壓力信號，可作為該時間間隔的起 始時刻的瞬時壓力信號，將獲得的每個元片傳感器的瞬時壓力信號的值作為該時間間隔內(nèi) 的數(shù)據(jù)幀的一個數(shù)據(jù)項，即可得到與壓力傳感器陣列102對應(yīng)的某一時刻的數(shù)據(jù)幀。由于 測試者在測試中不可避免地出現(xiàn)重心晃動(如前傾、左右晃動等)導(dǎo)致足底壓力分布出現(xiàn) 變化，因此需要在足夠短的時間間隔內(nèi)不斷地采集足底壓力才可較為實時地反映足底壓力 分布狀況。在優(yōu)選的實施例中，該時間間隔小于1/30秒。如圖4所示，為一個數(shù)據(jù)幀的示意圖。該數(shù)據(jù)幀為具有128個數(shù)據(jù)項的矩陣，每個 數(shù)據(jù)項對應(yīng)一個元片傳感器。S20 以設(shè)定的速度讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像 數(shù)據(jù)。每一數(shù)據(jù)幀都可以表示某一時刻的足底壓力分布狀態(tài)，因此連續(xù)的讀取并顯示可得 到實時的壓力分布狀況。其中對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)的步驟具體包 括(如圖6所示)S201 將上述數(shù)據(jù)矩陣分割成數(shù)個子區(qū)域，所述子區(qū)域與足底的數(shù)個滿足足底解 剖學(xué)的生理部位對應(yīng)。上述的生理部位主要指的是足部的骨骼解剖結(jié)構(gòu)，人類的足部骨骼 結(jié)構(gòu)由26塊骨骼構(gòu)成，分為附骨、跖骨和趾骨。足底與地面的接觸主要就是這些骨骼通過 肌肉組織與地面的接觸，每個子區(qū)域?qū)?yīng)著足部的骨骼通過肌肉組織與地面的接觸區(qū)域。子區(qū)域的劃分是根據(jù)模板來進(jìn)行的，因為成人和兒童足底尺寸不同，為區(qū)分不同的生理部 位需采用不同的模板。以圖4所示數(shù)據(jù)幀為例，采用成人足底模板，則第2行第3列、第3 行第1列以及第3行第2列的數(shù)據(jù)項為大拇指子區(qū)域的數(shù)據(jù)。S202:計算每個子區(qū)域的峰值壓力和接觸面積。根據(jù)足底模板和壓力數(shù)據(jù)，可以獲 得每個子區(qū)域的峰值壓力和接觸面積。峰值壓力即該子區(qū)域內(nèi)的最大壓力，接觸面積即該 子區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生壓力信號的所有元片傳感器的總面積。仍以上述的圖4所示數(shù)據(jù)幀為例，大 拇指子區(qū)域的峰值壓力為285. 957N，接觸面積為1. 75cmXl. 4cmX3 = 7. 35cm2。S203 根據(jù)所述峰值壓力和接觸面積得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)。由于所獲得的壓力 數(shù)據(jù)在相鄰的元片傳感器之間可能具有較大的跳躍，不能真實反映某些接觸位置的壓力， 因此需要進(jìn)行插值處理，得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)以生成平滑、連貫的圖像。該圖像可以是以 高度區(qū)別壓力大小的三維圖像數(shù)據(jù)，也可以是以顏色區(qū)分壓力大小的二維圖像數(shù)據(jù)。S30 根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。根據(jù)圖像數(shù)據(jù)生成相 應(yīng)的圖像。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種足底壓力實時顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置，用于與足底接觸并以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀；足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置，與足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置連接，以設(shè)定的速度讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)；顯示裝置，與足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置連接，獲取所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)并根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。
2.如權(quán)利要求1所述的足底壓力實時顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述足底壓力數(shù)據(jù)獲取 裝置包括依次連接的呈矩陣排布的壓力傳感器陣列、多個信號通道選擇開關(guān)、信號放大器、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理器，所述信號通道選擇開關(guān)順次按一定的時間間隔打開采集 對應(yīng)的信號通道內(nèi)的壓力信號，所述信號放大器將所述壓力信號放大后傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換 器，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳遞給數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器最終將 每一時間間隔內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)幀。
3.如權(quán)利要求2所述的足底壓力實時顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器陣列數(shù) 量為兩個，每個壓力傳感器陣列包括緊密排布的128個元片傳感器，形成8列X 16行的矩 陣，所述數(shù)據(jù)幀為每一一定的時間間隔內(nèi)采集壓力數(shù)據(jù)時與所述壓力傳感器陣列對應(yīng)的8 列X 16行的數(shù)據(jù)矩陣。
4.如權(quán)利要求1所述的足底壓力實時顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述足底壓力數(shù)據(jù)獲取 裝置與足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置之間采用有線連接和無線連接中的至少一種，其中有線連接 包括采用USB接口的連接，無線連接包括采用射頻方式的連接。
5.如權(quán)利要求1所述的足底壓力實時顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述足底壓力數(shù)據(jù)處理 裝置對每一數(shù)據(jù)幀進(jìn)行插值處理，生成三維分布圖像數(shù)據(jù)。
6. 一種足底壓力實時顯示方法，包括如下步驟以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀；以設(shè)定的速度讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。
7.如權(quán)利要求6所述的足底壓力實時顯示方法，其特征在于，所述時間間隔小于1/30秒。
8.如權(quán)利要求6所述的足底壓力實時顯示方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)幀是8列X16 行的數(shù)據(jù)矩陣。
9.如權(quán)利要求8所述的足底壓力實時顯示方法，其特征在于，所述對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理 的步驟具體包括將所述數(shù)據(jù)矩陣分割成數(shù)個子區(qū)域，所述子區(qū)域與足底的數(shù)個滿足足底解剖學(xué)的生理 部位對應(yīng)；計算每個子區(qū)域的峰值壓力和接觸面積；根據(jù)所述峰值壓力和接觸面積得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求6所述的足底壓力實時顯示方法，其特征在于，所述對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理 得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)的步驟具體為對每一數(shù)據(jù)幀進(jìn)行插值處理，生成三維分布圖像數(shù) 據(jù)。
全文摘要
一種足底壓力實時顯示系統(tǒng)，包括足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置，用于與足底接觸并以一定的時間間隔采集足底壓力數(shù)據(jù)形成足底壓力的數(shù)據(jù)幀；足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置，與足底壓力數(shù)據(jù)獲取裝置連接，以設(shè)定的速度即時讀取所述數(shù)據(jù)幀，并對所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)；顯示裝置，與足底壓力數(shù)據(jù)處理裝置連接，獲取所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)并根據(jù)所述壓力分布圖像數(shù)據(jù)顯示足底壓力的分布狀況。此外還涉及一種足底壓力實時顯示方法。上述系統(tǒng)和方法以設(shè)定的速度即時讀取足底壓力的數(shù)據(jù)幀，并進(jìn)行處理得到壓力分布圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)該分布圖像數(shù)據(jù)可以實時地顯示足底壓力的分布狀況。
文檔編號A61B5/22GK101912271SQ201010230489
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者付強, 劉聰, 張騰, 王磊, 黃邦宇 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院