專利名稱：基于全內(nèi)反射原理的足底壓力分布檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于全內(nèi)反射原理的人體足底壓力分布檢測裝置，屬于生物醫(yī)學工程領(lǐng)域。
本發(fā)明設(shè)計的基于全內(nèi)反射原理的足底壓力分布檢測裝置，包括透明薄膜、透明剛性平板、成像系統(tǒng)、光接收器和圖像處理系統(tǒng)。透明薄膜置于透明剛性平板之上，成像透鏡置于透明剛性平板下方，在透鏡下方的光接收器接收通過透鏡所成的圖像，圖像處理系統(tǒng)接收該圖象進行處理。在透明剛性平板的兩側(cè)置有光源，透明剛性平板上設(shè)有標致點。
利用本發(fā)明的裝置，可測量站立時的足底壓力分布情況以及行走時的壓力變化情況。足底面的位置精度高于0.5mm，動態(tài)足底壓力采樣間隔為0.02秒。采用足底壓力分布檢測裝置，并與計算機處理系統(tǒng)、光學圖像采集設(shè)備相結(jié)合，即可建立一套足底壓力圖像測試分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)對行走步態(tài)全過程的壓力圖像進行連續(xù)采集與處理，實現(xiàn)了足底動、靜應(yīng)力分布的測試與分析。
圖2為本發(fā)明裝置中剛性平板上的標志點示意圖。


圖1和圖2中，1是透明薄膜，2是標志點，3是透明剛性平板，4是光源，5是反光罩，6是成像透鏡，7是光接收器，8是圖像處理系統(tǒng)。
本發(fā)明裝置的工作原理是透明剛性平板3兩側(cè)的光源4發(fā)出的光從平板側(cè)面進入平板之內(nèi)，產(chǎn)生全反射，薄膜1在受到足底壓力后緊貼于剛性平板3上，破壞了剛性平板內(nèi)光的全反射。從平板折射出的光在薄膜1上產(chǎn)生漫反射，漫反射光經(jīng)過透鏡成像在光接收器7上，并傳到光處理系統(tǒng)8。由于薄膜受壓產(chǎn)生的漫反射光強正比于足壓的大小，因此可以根據(jù)漫反射光所成圖像的灰度值以及平板上的標志點求出足底的應(yīng)力分布。
足底壓力成像部分包括彈性透明薄膜1，薄膜1置于帶有標志點2的剛性透明平板3上，平板3的兩側(cè)各有一個帶反光罩5的光源4。當人站立或者行走在成像裝置上時，足底壓力使薄膜1受壓變形，平板3內(nèi)光線的全反射被破壞，折射平板3在薄膜1上產(chǎn)生的漫反射，反射光強與所受壓力成正比。由于標志點2之間的相對位置已知，因此通過計算標志點2在圖像中的相對位置，就可以得到平板3上實際物體與其圖像的映射關(guān)系，進而修正因透鏡參數(shù)等原因引起的位置測量誤差。只要在進行實驗時，先采集一幅有標志點2的圖像，計算出映射矩陣，然后將其代入實驗數(shù)據(jù)，就實現(xiàn)了誤差修正和自定標。
圖像接收部分包括位于平板3幾何中心正下方，并且光軸垂直于平板3表面的聚光用透鏡6，透鏡6將平板3上的光線聚集到光接收器7(如CCD等光電器件)上成像。
圖像采集與處理部分包括將光接收器7上圖像轉(zhuǎn)換成計算機可接收數(shù)據(jù)的圖像處理系統(tǒng)8，完成圖像存儲、圖像處理、壓力計算與顯示等操作，根據(jù)圖像像素灰度值正比于平板3上相應(yīng)點所受壓力大小的原理，計算足底的壓力分布。
本發(fā)明的一個實施例中主要組件的參數(shù)如下薄膜1為0.25mm厚的彈性透明塑料薄膜；平板3為12mm厚460mm×460mm的透明鋼化玻璃板；標志點2為粘貼在平板3上表面(如圖2所示)，并平行于平板3四個邊，相鄰點幾何中心距為190mm；光源4為420mm長36W的直型日光燈透鏡6為焦距1.5mm的凸透鏡；光接收器7為600線的面陣黑白CCD；圖像卡8為黑白動態(tài)圖像采集卡；計算機(9)為256M內(nèi)存PIII個人計算機。實施例的裝置可以連續(xù)5秒以上采集在有效工作面積400mm×400mm范圍內(nèi)的圖像，裝置總高度為150mm，只要在醫(yī)院診室搭設(shè)一個樓梯臺階高度的步道，就可以進行動態(tài)足底壓力分布檢測。
權(quán)利要求
1.一種裝置包括透明薄膜、透明剛性平板、成像系統(tǒng)、光接收器和圖像處理系統(tǒng)。所述的透明薄膜置于透明剛性平板之上，成像透鏡置于透明剛性平板下方，在透鏡下方的光接收器接收通過透鏡所成的圖像。在透明剛性平板的兩側(cè)置有光源，平板上設(shè)有標致點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于全內(nèi)反射原理的足底壓力分布檢測裝置,包括透明薄膜、透明剛性平板、成像系統(tǒng)、光接收器和圖像處理系統(tǒng)。透明薄膜置于透明剛性平板之上,成像透鏡置于透明剛性平板下方,在透鏡下方的光接收器接收通過透鏡所成的圖像,圖像處理系統(tǒng)接收該圖象進行處理,并與計算機處理系統(tǒng)、光學圖像采集設(shè)備相結(jié)合,即可建立一套足底壓力圖像測試分析系統(tǒng),對行走步態(tài)全過程的壓力圖像進行連續(xù)采集與處理,實現(xiàn)了足底動、靜應(yīng)力分布的測試與分析。
文檔編號A61B5/22GK1349781SQ0113980
公開日2002年5月22日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者王人成, 姜明文, 金德聞, 劉勇, 徐琰愷 申請人:清華大學