專利名稱：基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力測量與分析裝置，具體指一種基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置，特別適用于對諸如床墊、沙發(fā)、運動墊子等軟體物品及其類似物的測量與評價。
背景技術(shù)：
測量諸如床墊、運動墊子等軟體物品及其類似物的受力情況，不僅要測量其個別點的受力情況，更要求對其整體進行評價。由于在進行整體評價時，測量精度與測量元的數(shù)量正相關(guān)，為達到足夠的精度，有時測量元要以千計。這時如采用逐點測量法，不僅費時費力，而且后期的數(shù)據(jù)處理工作量極大。有一種在一個平面上設置數(shù)百個獨立測量元的人體壓力測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用氣囊與微氣電壓力變送器將壓力變化轉(zhuǎn)換成電信號，再進行數(shù)據(jù)處理。由于該系統(tǒng)的微氣電壓力變送器構(gòu)造精密復雜、數(shù)量多，價格高、后期數(shù)據(jù)處理工作量大，所以該裝置效率低、成本高、結(jié)構(gòu)復雜、故障率高、裝配與維修困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置，該裝置采用結(jié)構(gòu)極為簡單的承壓囊式壓力-圖像變送單元，通過圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元再將壓力圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，并運用圖像信息處理技術(shù)，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，從而自動實現(xiàn)大樣本的高效數(shù)據(jù)處理，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的一種基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置，主要包括壓力-圖像變送單元，圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元及數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元。所述壓力-圖像變送單元由若干個分布于被測面上的承壓囊、及對應的導管和充有有色液柱的液柱管組成，每個承壓囊通過一導管與對應的液柱管相連，各液柱管有序地排列成陣列，該變送單元通過承壓囊將壓力的變化轉(zhuǎn)換成液柱管中液柱的位移，進而通過液柱管陣列將液柱的位移轉(zhuǎn)換成圖像。所述圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元由所述液柱管陣列、攝像裝置及視頻采集卡組成，通過所述攝像裝置與視頻采集卡采集數(shù)字圖像數(shù)據(jù)并傳送給數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元。所述數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元由計算機、顯示器、打印機組成，計算機采用圖像信息處理技術(shù)根據(jù)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)求得結(jié)果，再由顯示器或/和打印機輸出。
本發(fā)明的圖像信息處理流程為步驟1—采集背景圖像；步驟2—采集當前圖像；步驟3—求差值圖像；步驟4—判斷承壓囊上是否加有負荷？如加有負荷，執(zhí)行步驟5，如未加有負荷，執(zhí)行步驟2；步驟5—將差值圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像；步驟6—根據(jù)差值圖像中每個像素的數(shù)值求壓力數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于由于本系統(tǒng)采用承壓囊、導管與液柱管作為壓力傳感器，采用將液柱管有序地排成陣列，形成壓力圖像，再采用攝像頭與視頻采集卡將液柱管陣列的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，最后采用PC機作圖像信息處理，得出結(jié)果，因此結(jié)構(gòu)簡單、精度高、功能強、成本低、速度快、信息量大、維修方便，特別適用于壓力測試點較多時的精確測量與大樣本數(shù)據(jù)的高效處理和報告。


圖1為本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中的承壓囊與液柱管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的圖像信息處理的流程圖；圖5為經(jīng)本發(fā)明測出的床墊的受力圖；其中5A為彈簧床墊的平面受力圖；5B為木板床墊的平面受力圖；5C為彈簧床墊的剖面受力圖。
圖中A壓力-圖像變送單元，B圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，C數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元，D液柱管陣列，1承壓囊，2導管，3液柱管，4光源，5攝像頭，6暗箱，7 PC機，8顯示器，9打印機，10視頻采集卡，11被測床墊，12承壓墊。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合一實施例及其附圖對本發(fā)明作進一步說明。該實施例是一個床墊壓力測量與分析裝置。
本裝置主要由壓力-圖像變送單元A、圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元B以及數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元C組成，其框圖如圖1所示。本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
所述壓力-圖像變送單元A由若干個分布于被測面上的承壓囊1、導管2和充有有色液柱的液柱管3組成，每個承壓囊通過一導管與對應的液柱管相連，各液柱管有序地排列成陣列D，如圖3所示。
所述承壓囊1采用軟性材料，如橡膠或塑料做成中空軟囊。承壓囊1與導管2密封連接，承壓囊與導管內(nèi)中充滿氣態(tài)或液態(tài)的壓力傳遞介質(zhì)。由不同材料制作成的不同壁厚、不同容積和充以不同介質(zhì)的承壓囊可適應不同的測壓范圍。
所述液柱管3采用透明管制成，一端封口，另一端與導管2相連，管內(nèi)保持一定量的壓力傳遞介質(zhì)，并置入有色液柱。當所述各承壓囊1受壓時，壓力經(jīng)導管2的傳遞，液柱管3中的有色液柱便產(chǎn)生位移。
本實施例設有一可設于被測物之上的專用承壓墊12，所述承壓囊1有序固定于該承壓墊的夾層中，構(gòu)成獨立壓力測量元，所述測量元的數(shù)量可達為625個/m2。
測量時，人體或被測模型躺臥在鋪有承壓墊12的被測床墊11上，壓力通過承壓墊12夾層中的承壓囊1傳遞到液柱管陣列D，將壓力的變化轉(zhuǎn)換成液柱管中液柱3a的位移，進而通過液柱管陣列D將液柱的位移轉(zhuǎn)換成圖像，從而實現(xiàn)壓力-圖像的轉(zhuǎn)換。該圖像隨床墊11上的性能而變化，因此可將整個測量面上所有測量元之壓力變化方便地一次性轉(zhuǎn)換為圖像。
所述圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元B主要包括所述液柱管陣列D、攝像裝置5及視頻采集卡10，為防止雜光干擾，液柱管陣列D與攝像頭5均設于一暗箱6中，暗箱中采用專用的冷光源4照明，如圖2所示。所述液柱管陣列D設于暗箱一側(cè)，其背景采用淺色調(diào)，與液柱管陣列D形成色差。所述攝像頭5定時地攝下液柱管陣列D的圖像，并通過圖像采集卡10將所述圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再傳送至數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元C。
所述數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元C主要包括PC機7、顯示器8與打印機9。從視頻采集卡10傳送過來的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，通過PC機7采用圖像信息處理技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理與分析，求得被測壓力值與分布參數(shù)。
PC機的圖像信息處理流程如圖4所示。
步驟1—采集背景圖像在承壓囊1上未加負載時，液柱管陣列D組成的圖像稱為背景圖像。采集背景圖像就是將背景圖像通過攝像頭及視頻采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。數(shù)字圖像中每個像素單元占用三個字節(jié)，每個字節(jié)分別代表紅、綠、藍三種顏色的強度。
步驟2—采集當前圖像加上負載后，各液柱管中的液柱產(chǎn)生位移，構(gòu)成新的圖像，稱之為當前圖像。采集當前圖像就是攝像頭以一定的頻率不間斷地采集液柱管陣列D的當前圖像，并轉(zhuǎn)換為當前數(shù)字圖像。
步驟3—求差值圖像將當前數(shù)字圖像中的每一像素單元(紅、綠、藍三個字節(jié))分別與背景圖像中對應的像素單元作減法運算，如所得差值小于或等于零則對該像素單元賦零值，若差值大于零則保留其差值。將兩幅數(shù)字圖像中的全部像素單元運算完畢，即求得差值數(shù)字圖像。
步驟4—判斷差值圖像中的非零像素的個數(shù)是否大于域值？即判斷承壓囊上是否加有負荷？由于存在隨機噪聲，即使不加任何負載，兩次背景圖像的差值圖像中的像素單元也不會全部是零值，總會有一定數(shù)量的非零像素單元。我們通過足夠次數(shù)的無負荷試驗，將所有差值圖像中非零像素單元個數(shù)的平均值定為域值。在判斷時，先計算差值圖像中非零像素單元的個數(shù)，然后看該數(shù)值是否大于所定域值？如大于該域值，可確定這時承壓囊上加上了負載。
步驟5—將差值圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像根據(jù)每個像素單元的數(shù)值，通過查色彩賦值表，得到每個像素單元相應的紅、綠、藍三種顏色的數(shù)值，從而得到一個表示壓力變化的彩色圖像。在該圖像中的每一個像素單元的顏色代表了相應的承壓囊所受到的不同壓力區(qū)間。
步驟6—根據(jù)差值圖像中每個像素單元的數(shù)值求壓力數(shù)據(jù)先用一組標準砝碼置于承壓囊上，使液柱管中液柱長度產(chǎn)生變化，從而建立一個壓力與液柱長度的對照表。測量時只要根據(jù)差值圖像中每個像素單元的數(shù)值通過計算機自動查表便可求得對應的壓力值。
最后由顯示器8或/和打印機9將測量與分析結(jié)果顯示打印出來。
圖5是通過本發(fā)明測出的床墊的各種受力圖。通過本裝置還可根據(jù)需要提供更多的數(shù)據(jù)和信息，用于研究不同軟硬的床墊對睡眠質(zhì)量的影響，因此該裝置不僅可為用戶選購床墊等軟體用品及其類似物提供依據(jù)與建議，更可其開發(fā)設計與評價提供科學依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置，其特征在于主要包括壓力-圖像變送單元，圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元及數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元；其中，所述壓力-圖像變送單元由若干個分布于被測面上的承壓囊、及對應的導管和充有有色液柱的液柱管組成，每個承壓囊通過一導管與對應的液柱管相連，各液柱管有序地排列成陣列，該變送單元通過承壓囊將壓力的變化轉(zhuǎn)換成液柱管中液柱的位移，進而通過液柱管陣列將液柱的位移轉(zhuǎn)換成圖像；所述圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元由所述液柱管陣列、攝像裝置及視頻采集卡組成，通過所述攝像裝置與視頻采集卡采集到的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元；所述數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元由計算機、顯示器、打印機組成，計算機采用圖像信息處理技術(shù)從數(shù)字圖像數(shù)據(jù)求得結(jié)果，再由顯示器或/和打印機輸出結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于所述壓力-圖像變送單元中的承壓囊為一中空軟囊，與所述導管密封連接，承壓囊與導管內(nèi)中充滿氣態(tài)或液態(tài)壓力傳遞介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于所述液柱管采用透明管制成，一端封口，另一端與導管相連，管內(nèi)保持一定量的壓力傳遞介質(zhì)，并置入有色液柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于所述圖像-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元中，所述液柱管陣列設于一暗箱一側(cè)，暗箱中采用專用光源照明。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于其圖像信息處理的步驟為步驟1-采集背景圖像；步驟2-采集當前圖像；步驟3-求差值圖像；步驟4-判斷承壓囊上是否加有負荷？如加有負荷，執(zhí)行步驟5，如未加有負荷，執(zhí)行步驟2；步驟5-將差值圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像；步驟6-根據(jù)差值圖像中每個像素的數(shù)值求壓力數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于在步驟1中定義每個像素單元占用三個字節(jié)，每個字節(jié)分別代表紅、綠、藍三種顏色的強度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于在步驟3中，將當前數(shù)字圖像中的每一像素單元分別與背景圖像中對應的像素單元作減法運算，如所得差值小于或等于零則對該像素單元賦零值，若差值大于零則保留其差值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于在步驟4中，通過足夠次數(shù)的無負荷試驗，將所有差值圖像中非零像素單元個數(shù)的平均值定為域值，在判斷時，先計算差值圖像中非零像素單元的個數(shù)，然后看該數(shù)值是否大于所定域值？如大于該域值，可確定這時承壓囊上加上了負載。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于在步驟5中，根據(jù)每個像素單元的數(shù)值，通過查色彩賦值表，得到每個像素單元相應的紅、綠、藍三種顏色的數(shù)值，從而得到一個表示壓力變化的彩色圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力測量與分析裝置，其特征在于在步驟6中，先用一組標準砝碼置于承壓囊上，使液柱管中液柱長度產(chǎn)生變化，從而建立一個壓力與液柱長度的對照表，測量時根據(jù)差值圖像中每個像素單元的數(shù)值通過計算機自動查表求得對應的壓力值。
全文摘要
一種基于圖像信息處理技術(shù)的壓力測量與分析裝置，主要包括壓力－圖像變送單元，圖像－數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元及數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元。所述壓力－圖像變送單元由若干個分布于被測面上的承壓囊、及對應的導管和充有有色液柱的液柱管組成，各液柱管有序地排列成陣列，通過承壓囊將壓力的變化轉(zhuǎn)換成液柱管中液柱的位移，進而通過液柱管陣列將液柱的位移轉(zhuǎn)換成圖像，通過攝像裝置及視頻采集卡采集數(shù)字圖像數(shù)據(jù)并傳送給數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元，數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告單元根據(jù)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)采用圖像信息處理技術(shù)求得結(jié)果，再由顯示器或/和打印機輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于壓力測試點較多時的精確測量與大樣本數(shù)據(jù)的高效處理和報告。
文檔編號G01L1/02GK1587936SQ20041005304
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者胡復培, 胡天培 申請人:上海天竹機電科技有限公司