CN108064146B

CN108064146B - 压力阵列检测设备、对应方法以及脉诊检测设备

Info

Publication number: CN108064146B
Application number: CN201680038456.4A
Authority: CN
Inventors: 阳光
Original assignee: Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd
Current assignee: Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: CN108064146A; WO2018120212A1

Abstract

一种压力阵列检测设备、对应方法以及脉诊检测设备，在压力作用下，压力传感装置(1)的柔性材料层产生形变，使得与柔性材料层贴合的反光层也随之发生形变。根据反光层上的标记点可以探测压力传感装置(1)的横向变形程度，而光源(2)出射的光束经反光层反射后在摄像装置(3)成像面形成的反射光点，在反光层发生形变时，也会发生位移。通过摄像装置(3)对包含标记点的位置信息以及反射光点的位置信息的图像进行采集。并对该图像进行处理后，反算出对应压力作用表面的压力分布。通过该压力阵列检测设备、对应方法以及脉诊检测设备，能够获得分辨率较高的压力检测。

Description

压力阵列检测设备、对应方法以及脉诊检测设备

技术领域

本发明涉及脉诊设备技术领域，特别是涉及一种压力阵列检测设备、对应方法以及压力阵列检测设备。

背景技术

目前压力检测装置多为测量单点的压力，例如通过电容阵列的方式获取单点的脉诊信息。在相同的待检测面积内，电容阵列设置个数越多，则分辨率越高，但是其检测精度会降低。因此，在要保证电容阵列的检测精度的前提下，现有的压力检测装置无法提供更高的分辨率，市面上最多也只能支持到3*4的分辨率。

鉴于此，提供一种能够获取高分辨率阵列精确压力信息的方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种压力阵列检测设备、对应方法以及压力阵列检测设备，以解决现有压力检测技术分辨率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种压力阵列检测设备，包括：

压力传感装置、光源、摄像装置以及处理装置；

其中，所述压力传感装置由反光层以及柔性材料层构成，所述柔性材料层的第一表面与压力作用表面相接触，第二表面与所述反光层相贴合；在所述反光层上分布有多个标记点组成的标记点阵，所述标记点不反光或入射至所述标记点的光发生漫反射；

所述光源用于出射光束，经过所述反光层反射后，在所述摄像装置的成像面上形成对应的反射光点；

所述摄像装置用于对包含所述标记点阵的位置信息以及所述反射光点的位置信息的图像进行采集；

所述处理装置用于对所述图像进行处理，根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布。

可选地，还包括：

存储器，用于存储预先建立的形变分布模型，所述形变分布模型包括压力作用表面在不同受力面积不同压力下对应的压力曲线，所述压力曲线的幅值对应所述标记点发生的偏移量，所述压力曲线的频率对应所述反射光点发生的偏移量。

可选地，所述处理装置包括：

变换模块，用于对表征压力分布的所述图像进行傅里叶变换，得到不同受力面积对应的不同频率的分布；

反算模块，用于根据所述标记点的位置变化以及所述反射光点的位置变化，利用所述形变分布模型确定每个频率对应的压力分布；

叠加模块，用于对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

可选地，所述压力传感装置还包括电容阵列，用于对各电容分别对应的单点的压力进行检测。

可选地，所述电容阵列设置于所述反光层位置处。

可选地，所述处理装置还包括：

校正模块，用于在确定所述压力作用表面的压力分布之后，采用所述电容阵列确定的单点的压力进行校正。

可选地，所述光源为激光光源。

可选地，所述柔性材料层为硅胶层。

可选地，还包括：

显示装置，用于对所述压力作用表面的曲面形状和/或压力分布进行显示。

本发明还提供了一种脉诊检测设备，包括上述任一种压力阵列检测设备。

本发明还提供了一种压力阵列检测方法，包括：

采集压力传感装置在压力作用时表征压力分布的图像；所述压力传感装置由反光层以及柔性材料层构成，所述柔性材料层的第一表面与压力作用表面相接触，第二表面与所述反光层相贴合；在所述反光层上分布有多个标记点组成的标记点阵，所述标记点不反光或入射至所述标记点的光发生漫反射；所述反光层将光源出射的光束反射后，在摄像装置的成像面形成对应反射光点；所述图像包含所述标记点阵的位置信息以及所述反射光点的位置信息；

根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布。

可选地，所述根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布包括：

预先建立形变分布模型，所述形变分布模型包括压力作用表面在不同受力面积不同压力下对应的压力曲线，所述压力曲线的幅值对应所述标记点发生的偏移量，所述压力曲线的频率对应所述反射光点发生的偏移量；

对表征压力分布的所述图像进行傅里叶变换，得到不同受力面积对应的不同频率的分布；

根据所述标记点的位置变化以及所述反射光点的位置变化，利用所述形变分布模型确定每个频率对应的压力分布；

对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

可选地，在所述确定所述压力作用表面的压力分布之后还包括：

采用电容阵列对各电容对应的单点的压力进行检测；

采用确定的单点的压力对所述压力分布进行校正。

可选地，还包括：

对所述压力作用表面的曲面形状和/或压力分布进行显示。

本发明所提供的压力阵列检测设备以及对应方法，在压力作用下，压力传感装置的柔性材料层产生形变，使得与柔性材料层贴合的反光层也随之发生形变。由于反光层上的标记点不反光或入射光发生漫反射，因此采集到的图像中标记点的位置也会发生变化。根据反光层上的标记点的位置变化可以探测压力传感装置的横向变形程度，而光源出射的光束经反光层反射后在摄像装置成像面形成的反射光点，在反光层发生形变时，也会发生位移。通过摄像装置对包含标记点的位置信息以及反射光点的位置信息的图像进行采集。并对该图像进行处理后，反算出对应压力作用表面的压力分布。可见，本发明所提供的压力阵列检测设备以及对应方法，能够获得分辨率较高的压力检测。此外，本发明还提供了一种具有上述技术优点的脉诊检测设备。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的压力阵列检测设备的一种具体实施方式的结构框图；

图2为本发明所提供的压力阵列检测设备的一种具体实施方式的示例图一；

图3为本发明所提供的压力阵列检测设备的一种具体实施方式的示例图二；

图4为在某压力作用下，单点或不同面积的触点随压力变化的形变分布压力曲线示意图；

图5为本发明实施例中处理装置的一种具体实施方式的结构框图；

图6为本发明所提供的压力阵列检测设备中处理装置的具体工作示意图；

图7为标记点的位置确定方法示意图；

图8为根据标记点与反光层共同反算出表面形变的过程示意图一；

图9为根据标记点与反光层共同反算出表面形变的过程示意图二；

图10本发明所提供的压力阵列检测方法的流程图；

图11为本发明所提供的压力阵列检测方法中处理过程的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了压力阵列检测设备、对应方法以及脉诊检测设备，能够获得分辨率较高的压力检测，以下分别进行详细描述。

请参阅图1，图1为本发明所提供的压力阵列检测设备的一种具体实施方式的结构框图。如图1所示，该压力阵列检测设备可以包括：

压力传感装置1、光源2、摄像装置3以及处理装置4；

其中，压力传感装置1由反光层以及柔性材料层构成，柔性材料层的第一表面与压力作用表面相接触，第二表面与反光层相贴合；在反光层上分布有多个标记点组成的标记点阵，该标记点不反光或入射至标记点的光发生漫反射；

光源2用于出射光束，经过反光层反射后，在摄像装置的成像面上形成对应的反射光点；

摄像装置3用于对包含标记点阵的位置信息以及反射光点的位置信息的图像进行采集；

处理装置4用于对图像进行处理，根据标记点阵的位置变化以及反射光点的位置变化，确定压力作用表面的压力分布。

本发明所提供的压力阵列检测设备，在压力作用下，压力传感装置的柔性材料层产生形变，使得与柔性材料层贴合的反光层也随之发生形变。由于反光层上的标记点不反光或入射光发生漫反射，因此采集到的图像中标记点的位置也会发生变化。根据反光层上的标记点的位置变化可以探测压力传感装置的横向变形程度，而光源出射的光束经反光层反射后在摄像装置成像面形成的反射光点，在反光层发生形变时，也会发生位移。通过摄像装置对包含标记点的位置信息以及反射光点的位置信息的图像进行采集，对该图像进行处理后，利用预先建立的形变分布模型确定压力分布。可见，本发明所提供的压力阵列检测设备，能够获得分辨率较高的压力检测。

本发明所提供的压力阵列检测设备的一种具体实施方式的示例图如图2以及图3所示，其中，光源具体为激光光源，压力传感装置中的柔性材料层具体为硅胶，反光层具体可以为反光金属层，反光层上规则分布有多个标记点，以组成标记点阵。标记点不反光或者入射至标记点的光发生漫反射。与其他光源相比，激光光源的方向性好，发散角小，因此能够保证光束的出射效果，以便根据光束的位置对压力进行检测。与其他材料相比，本实施例中采用的硅胶材料较薄，贴覆性好，能够在被贴覆物体发生较小的形变时较为明显的体现出来，保证压力检测的效果。而本实施例采用金属层作为反光层，则能保证较好的镜面反射效果。

参照图2，在没有压力作用下，柔性材料层为初始未发生形变的状态，反光层同样未发生形变。光源发射的光束经反光层镜面反射后，在摄像装置的成像面形成对应的反射光点。

参照图3，当有压力作用时，柔性材料层发生形变，而与该柔性材料层贴合的反光层也发生形变。此时，反光层上的标记点发生偏移，并且光源发射的光束经反光层反射后，在摄像装置的成像面形成的反射光点的位置也相应发生偏移。因此，通过标记点的偏移量以及光点的偏移量，即可反映出压力作用表面的形变情况，进而反映出压力的分布大小。可见，本发明实施例通过激光与反光结构能够将微小的形变转化为扰动剧烈的图像信号。

本申请通过预先采集压力曲线作为反解压力的先验参考，预先建立形变分布模型，即建立压力作用表面不同受力面积不同压力与标记点的偏移量、反射光点的偏移量的对应关系，这样，根据实际拍摄到的标记点的偏移量以及反射光点的偏移量，就可以反算出对应的压力值，能够减化压力检测的流程，提高压力检测的效率。

作为一种具体实施方式，本发明实施例中形变分布模型包括压力作用表面在不同受力面积不同压力下对应的压力曲线，该压力曲线的幅值对应标记点发生的偏移量，该压力曲线的频率对应反射光点发生的偏移量。图4示出了在某压力作用下，单点或不同面积的触点随压力变化的形变分布压力曲线示意图，其中，坐标的横坐标表示距压力中心的距离，纵坐标表示幅值的大小。可见，不同压力作用下，压力曲线的幅值不同。压力越大，幅值越大。不同受力面积时，压力曲线的频率不同。受力面积越大，对应与压力中心的距离也越大，即偏移量越大，波宽越宽。形变分布模型中包含不同压力不同受力面积的压力曲线，具体可以通过大量的实验得到压力、幅值以及频率的对应关系。

在上述实施例的基础上，本发明所提供的压力阵列检测设备还可以进一步包括：

存储器，用于存储预先建立的形变分布模型，形变分布模型包括压力作用表面在不同受力面积不同压力下对应的不同的压力曲线，压力曲线的幅值对应标记点发生的偏移量，压力曲线的频率对应反射光点发生的偏移量。

如图5处理装置的一种具体实施方式的结构框图所示，处理装置4具体可以包括如下模块：

变换模块41，用于对表征压力分布的图像进行傅里叶变换，得到不同受力面积对应的不同频率的分布；

反算模块42，用于根据标记点的位置变化以及反射光点的位置变化，利用形变分布模型确定每个频率对应的压力分布；

叠加模块43，用于对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

如图6所示，下面对处理装置的具体工作过程进行进一步详细阐述。该过程具体包括：

步骤S101：对表征压力分布的图像进行傅里叶变换，得到不同受力面积对应的不同频率的分布；

对图像中三维点做二维傅里叶变换，得到频域分布，对频域内容做带通过滤，对每个频率的过滤进行提取，得到每个频率的分布。

步骤S102：根据标记点的位置变化以及反射光点的位置变化，调用形变分布模型确定每个频率对应的压力分布；

步骤S103：对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

本申请中如果压力源较单一，反算就很简单，直接查表即可。但很多时候是混合压力，即一个表面区的每个点压力值是不一样的。就需要将混合的压力的精确的表面分布转化成可以计算的量。因此，需要对表面分布分解。分解为多个单一的压力，计算后再累加。

分解的方法可采用频域带通的方法，通过傅里叶变换将分布转到频域，对每个频率单独带通，再转回空域，得到该单一频率对应的压力分布，对每个分布区域做查表即可得到该区域该频率的压力。

根据标记点以及反射光点得到压力作用表面的3D曲线是本发明的核心。下面对本步骤中标记点的位置确定方法进行进一步详细阐述，请参照图7，图中角度a表示光源入射光束的入射角，b为入射到P点的光束经反光面反射后，在摄像装置成像面上形成的光点与P点的角度；D为光源与相机的距离。根据几何公式计算可得，

Pz＝D/[tan(a)+tan(b)]，其中，Px，y在图像中已知，因此P(x，y，z)被确定。根据上式则反射面上所有标记点的空间位置均可得出。

下面对根据标记点与反光层共同反算出表面形变的过程进行进一步详细阐述。本实施例中可以采用两种具体的算法，一种采用两个参考点中间的点计算反射面的斜率，如图8所示。另一种采用参考点附件的点计算反射面的斜率，如图9所示。

参照图8，a为激光光束入射角度，P1以及P2为反射面上的标记点，其位置信息可以由上述确定标记点位置的方法进行确定。已知激光入射角度a、粗略反射镜斜率K、反射面方程以及摄像装置反射光点的位置，即可计算得到反射面的斜率。由摄像装置反射光点的位置可以得到反射光束的出射角，而根据出射角以及入射角之间的夹角即可确定法线的位置，而根据法线做垂线即可确定反射面的位置，这样即可计算得到反射面的斜率。

参照图9，取漫反射边缘的镜面反射光进行计算，得到反射面斜率。其中，入射光与法向角度为(180-a-b)/2；法向角度为180-a-(180-a-b)/2；镜面角度为180-a-(180-a-b/2-90)。

本发明所提供的压力阵列检测设备还可以进一步包括：电容阵列，用于对各电容分别对应的单点的压力进行检测。

电容阵列可以具体设置于反光层位置处。即，反光层可以为单独的反光层，也可以用导电操了做成用来探测电容值，以便检测压力的探测层。

进一步地，处理装置还可以包括：校正模块，用于在确定压力作用表面的压力分布之后，采用电容阵列确定的单点的压力进行校正。

通过采用电容阵列获取单点的精确压力值，并与通过图像反算出的压力值比较，从而对得到的压力分布进行校正，提高了压力的检测准确度。

具体校正的过程可以为：将通过电容阵列获取到的单点的精确压力值与通过本发明实施例获取的对应单点的测量压力值进行比较，例如，在通过电容阵列获取到某一点的精确压力值为20N，本实施例获取的对应点的测量压力值为25N的情况下，确定精确压力值以及测量压力值的差值，然后对本发明实施例获取到的其他点的测量值均进行校正处理，即将其他每一点的测量值均减去5N作为校正后的压力值。

此外，作为一种具体实施方式，本发明所提供的压力阵列检测设备还可以包括：显示装置，用于对压力作用表面的曲面形状和/或压力分布进行显示。通过这样的设置可以方便用户的查看，及时更新当前压力检测信息，更加具有实用性。

本发明所提供的脉诊检测设备的具体设置与压力阵列检测设备可相互对照，在此不再赘述。当然，需要指出的是，本发明所提供的压力阵列检测设备还可以用于其他多种压力的检测过程中。

下面对本发明实施例提供的压力阵列检测方法进行介绍，下文描述的压力阵列检测方法与上文描述的压力阵列检测装置可相互对应参照。

图10为本发明实施例提供的压力阵列检测方法的流程图，参照图10压力阵列检测方法可以包括：

步骤S201：采集压力传感装置在压力作用时表征压力分布的图像；压力传感装置由反光层以及柔性材料层构成，柔性材料层的第一表面与压力作用表面相接触，第二表面与反光层相贴合；在反光层上1分布有多个标记点组成的标记点阵，标记点不反光或入射至标记点的光发生漫反射；反光层将光源出射的光束反射后，在摄像装置的成像面形成对应反射光点；图像包含标记点阵的位置信息以及反射光点的位置信息；

步骤S202：根据标记点阵的位置变化以及反射光点的位置变化，确定压力作用表面的压力分布。

参照图11，步骤S202可以具体通过下述方法进行实施：

步骤S2021：预先建立形变分布模型，形变分布模型包括压力作用表面在不同受力面积不同压力下对应的压力曲线，压力曲线的幅值对应标记点发生的偏移量，压力曲线的频率对应反射光点发生的偏移量；

步骤S2022：对表征压力分布的图像进行傅里叶变换，得到不同受力面积对应的不同频率的分布；

步骤S2023：根据标记点的位置变化以及反射光点的位置变化，利用形变分布模型确定每个频率对应的压力分布；

步骤S2024：对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

本实施例通过预先建立形变分布模型，可以将标记点的位置变化、反射光点的位置变化以及压力大小的对应关系进行存储，这样根据采集图像获取到标记点的位置变化以及反射光点的位置变化后，调用形变分布模型就可以直接得到对应的压力值，不需要再进行计算处理，减化了计算的流程，提高了压力检测的速度。

在上述任一实施例的基础上，本发明所提供的方法还可以进一步包括：采用电容阵列对各电容对应的单点的压力进行检测；采用确定的单点的压力对压力分布进行校正。采用电容阵列对压力值进行校正，可以提高压力检测的准确性。

此外，优选地，还可以进一步包括：对压力作用表面的曲面形状和/或压力分布进行显示。通过这样的设置可以方便用户的查看，及时更新当前压力检测信息，更加具有实用性。

本发明所提供的压力阵列检测方法，在压力作用下，压力传感装置的柔性材料层产生形变，使得与柔性材料层贴合的反光层也随之发生形变。由于反光层上的标记点不反光或入射光发生漫反射，因此采集到的图像中标记点的位置也会发生变化。根据反光层上的标记点的位置变化可以探测压力传感装置的横向变形程度，而光源出射的光束经反光层反射后在摄像装置成像面形成的光点，在反光层发生形变时，也会发生位移。通过摄像装置对包含标记点的位置信息以及光点的位置信息的图像进行采集，对该图像进行处理后，利用预先建立的形变分布模型确定压力分布。可见，本发明所提供的压力阵列检测方法，能够获得分辨率较高的压力检测。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的压力阵列检测设备、对应方法以及压力阵列检测设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种压力阵列检测设备，其特征在于，包括：

压力传感装置、光源、摄像装置以及处理装置；

所述处理装置用于对所述图像进行处理，根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布；

还包括：

2.如权利要求1所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述处理装置包括：

3.如权利要求1或2所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述压力传感装置还包括电容阵列，用于对各电容分别对应的单点的压力进行检测。

4.如权利要求3所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述电容阵列设置于所述反光层位置处。

5.如权利要求4所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述处理装置还包括：

6.如权利要求1或2所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述光源为激光光源。

7.如权利要求1或2所述的压力阵列检测设备，其特征在于，所述柔性材料层为硅胶层。

8.如权利要求1或2所述的压力阵列检测设备，其特征在于，还包括：

9.一种脉诊检测设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的压力阵列检测设备。

10.一种压力阵列检测方法，其特征在于，包括：

采集压力传感装置在压力作用时表征压力分布的图像；其中，所述压力传感装置由反光层以及柔性材料层构成，所述柔性材料层的第一表面与压力作用表面相接触，第二表面与所述反光层相贴合；在所述反光层上分布有多个标记点组成的标记点阵，所述标记点不反光或入射至所述标记点的光发生漫反射；所述反光层将光源出射的光束反射后，在摄像装置的成像面形成对应反射光点；所述图像包含所述标记点阵的位置信息以及所述反射光点的位置信息；

根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布；

所述根据所述标记点阵的位置变化以及所述反射光点的位置变化，确定所述压力作用表面的压力分布包括：

对每个频率进行叠加，确定整体曲面对应的压力分布。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述确定所述压力作用表面的压力分布之后还包括：

采用电容阵列对各电容对应的单点的压力进行检测；

采用确定的单点的压力对所述压力分布进行校正。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述压力作用表面的曲面形状和/或压力分布进行显示。