CN110870761B - 一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统 - Google Patents

一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，创新性地应用自动化技术采集皮肤触觉信息，并结合其他传感器构建皮肤检测系统。系统包括：前端多元信息采集装置采集皮肤多元信息，多元信息包括：相机采集皮肤表面图像信息，触觉传感器接触皮肤采集皮肤表面的触觉信息，超声波传感器采集超声波信息，温度传感器采集皮肤表面温度；三轴压力传感器用作触觉采集触发；处理器进行数据信息的采集、记录、分析与处理；人机交互界面方便用户操作。该系统既可对单一用户在不同时间，或处置前后皮肤变化情况做记录和对比，又可横向比对和参考众多用户的皮肤检测结果，在医疗、美容等领域有很大的应用潜力。

Description

一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统
技术领域
本发明涉及一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，属于医疗器械制作技术领域。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，主要由表皮、真皮、皮下组织及皮肤附属器(毛发、汗腺等)等组成。皮肤与外界直接接触，具有免疫、保温、感觉等多种功能，是人体最重要的器官之一。随着自动化技术的发展，越来越多的自动化检测设备被应用于皮肤检测，比如CT、B超、内窥镜、核磁共振等设备在皮肤疾病的辅助诊断方面发挥了巨大作用。
人的各种感觉器官从外界获得的信息中，视觉信息占60％，触觉信息占15％；在医学方面，视触叩听是经典的四大查体方法，皮肤触诊在很多时候能够提供重要的诊断依据。皮肤触觉信息(即皮肤需检测部位的硬度，是否含肿块，肿块的硬度和活动性等信息)的获取往往直接来源于人手，导致受到人的经验、敏感度等主观因素的影响比较大，且仅能记录文字描述。有必要开发一种皮肤自动检测设备，利用自动化技术采集准确、可重复、可记录的触觉信息，进一步结合同步获取的视觉、超声和温度等信息，利用多元信息的融合实现更加强大的功能。
发明内容
针对上述技术不足，本发明的目的提供一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统。该系统创新性地应用自动化技术采集皮肤触觉信息，并集成了相机、超声传感器和温度传感器，获取的多元信息经过记录、分析与处理，既可对单一用户在不同时间，或处置前后皮肤变化情况做记录和对比，又可横向比对和参考众多用户的皮肤检测结果，在医疗、美容等领域有很大的应用潜力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，利用触觉传感器采集皮肤触觉信息。
所述触觉传感器为压电式的传感器阵列。
所述触觉信息包括压力分布、弹性分布、硬度分布、三维形态信息中的一种或多种。
所述触觉传感器设于前端多元信息采集装置内，所述前端多元信息采集装置还包括相机、温度传感器和超声传感器中的一种和多种。
一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，包括前端多元数据采集装置、三轴压力传感器和处理器，所述前端多元数据采集装置、三轴压力传感器与处理器通信；
前端多元数据采集装置，用于采集皮肤的多元数据信息；
三轴压力传感器，用于测量前端多元数据采集装置按压皮肤时的压力，在设定的压力值触发触觉传感器采集皮肤触觉信息；
处理器，用于对多元数据信息的采集、记录、分析与处理。
所述多元数据信息包括触觉传感器采集的皮肤触觉信息、相机采集的图像信息、超声传感器采集的超声信息、温度传感器采集的温度信息。
所述前端多元数据采集装置设于外壳前端，外壳内设有三轴压力传感器，三轴压力传感器外套有橡胶垫并嵌于外壳，用于三轴压力传感器检测外力按压橡胶垫产生的压力。
一种基于视触觉混合感知的皮肤检测方法，包括以下步骤：
1)前端多元信息采集装置采集多元数据信息；
多元数据信息中的图像信息、超声信息和触觉信息纳入图像类信息，图像类信息转换为皮肤信息后，与温度信息纳入数据类信息；
2)数据类信息与用户信息组成数据特征，图像类信息和数据特征一同存入数据库；
3)在线检测时，通过步骤1)获取待检测用户皮肤的图像类信息和数据类信息；查询数据库中与待检测用户的数据特征最接近的N个历史用户数据特征，即情况相似用户，并按照数据特征的欧式距离由近及远进行排列，提供给人机交互界面。
所述图像类信息转换为皮肤信息具体如下：
图像信息转换为颜色均值、颜色分布范围、异常颜色均值、异常颜色面积和斑点数量；
超声信息转换为是否含有肿块、肿块面积和肿块数；
触觉信息转换为是否含有肿块、肿块数量、肿块平均体积、肿块是否活动、肿块表面是否光滑、肿块硬度。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明提出了一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，创新性地应用自动化技术采集皮肤触觉信息(即皮肤需检测部位的硬度，是否含肿块，肿块的硬度和活动性等信息)，避免了常规触诊中人的因素引入的问题，所提供的触觉信息准确、可重复、可记录。
2.本发明集成了触觉传感器、彩色相机、超声传感器和温度传感器，对所获取的多元信息经过记录、分析与处理，既可对单一用户在不同时间，或处置前后皮肤变化情况做记录和对比，又可横向比对和参考众多用户的皮肤检测结果，在医疗、美容等领域有很大的应用潜力。
3.本发明综合采用非接触与接触的方式对皮肤进行检测，可同时检测皮肤表面与皮下组织，相比于CT，X光等方式对人体的辐射伤害更少。
附图说明
图1是系统组成示意图；
图2是数据库信息录入流程图；
图3是用户在线检测流程图；
图4是多元信息示意图；
图5是触觉传感器采集流程图；
图6是机械结构示意图；
图7是传感器分布示意图；
其中，1外壳，2数据线与电源线，3三轴压力传感器，4橡胶垫，5前端多元信息采集装置，6卡扣，7触觉传感器，8相机，9超声波传感器，10温度传感器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，如图1所示，系统由软件和硬件组成，硬件包括：由触觉传感器、彩色相机和光源、超声波传感器和温度传感器组成的前端多元信息采集装置，三轴压力传感器和处理器。软件功能包括对数据信息的采集、记录、分析与处理功能，以及图形化的人机交互界面。
该系统既可对单一用户在不同时间，或处置前后皮肤变化情况做记录和对比，又可横向比对和参考众多用户的皮肤检测结果，因此在软件内部设有存储信息的数据库。数据库信息的录入过程，如图2所示。首先是前端多元信息采集装置采集传感器信息，传感器信息经分析与处理后，分别纳入图像类信息与数据类信息，数据类信息结合从人机交互界面录入的用户基本信息组成数据特征，图像类信息和特征一同存入数据库。当用户进行在线检测时，如图3所示，图像类信息和特征的获取过程与前面所述相同，系统到数据库中查找与用户特征最接近的100个其他用户的特征，即情况相似用户，并按照特征的欧式距离的由近及远进行排列。在图形化的人机交互界面上，用户可以调取相应的图像类信息进行对比和参考。随着数据库信息的不断完善，对用户信息的不断跟踪补充，历史的相似用户的信息能够为当前用户提供重要的参考。用户也可以在数据库中调取个人的历史检测记录与当前做对比，往往可以揭示出处置导致的效果，比如用药后皮肤疾病有所改善。
前端多元信息采集装置采集皮肤多元信息，多元信息包括：相机采集皮肤表面图像信息，触觉传感器接触皮肤采集皮肤表面的触觉信息，超声波传感器采集超声波信息，温度传感器采集皮肤表面温度。如图4所示，这些信息被进一步分析与处理后分别纳入图像类信息和数据类信息。用户手持检测装置，将彩色相机(含光源)对准待检测皮肤区域，通过界面观察实时拍摄的图像，通过按键触发储存彩色图像，该图像经图像处理算法分别求取颜色均值、颜色分布范围、异常颜色均值、异常颜色面积和斑点数量等数值信息，人机交互界面会辅助这一过程，比如由用户指定异常颜色位置。前端采集装置接触皮肤，控制超声波传感器采集超声图像，通过人机交互界面用户录入是否含有肿块，肿块面积和肿块数量等数据类信息。触觉传感器的采集过程如图5所示，n表示当前采集帧数，n’表示总采集帧数，F’表示触发采集的压力间隔；前端采集装置接触皮肤并逐渐增加压力，使触觉传感器可以感知皮下组织。实时监测三轴压力传感器的压力值，在固定间隔的一些压力值到达时触发触觉传感器进行采集，因此获得到多幅压力分布图。观察随作用于前端装置上的压力增大多幅压力分布图的变化情况，用户可以获得是否含有肿块、肿块数量、肿块平均体积、肿块是否活动、肿块表面是否光滑、肿块硬度(粗略)等信息，并录入到系统中。
图6是机械结构示意图，1是圆柱形的外壳，用户可手持外壳使用此装置；2是数据线与电源线，电源线为前端多元信息采集装置供电，数据线实现前端多元信息采集装置、三轴压力传感器与处理器之间的数据交互；3是三轴压力传感器，用于测量此装置按压在皮肤上的力，触发触觉传感器采集；4是橡胶软垫，在按压时起缓冲作用，用于辅助测量按压时的压力；5是前端多元信息采集装置，采集皮肤部位的图像、触觉、超声、温度等多元信息；6是塑料卡扣用于固定前端多元信息采集装置。为便于各部件安装，外壳采用3D打印制作。前端多元信息采集装置设计为可更换结构。
图7是前端多元信息采集装置上传感器的分布示意图，触觉传感器采用压电式的传感器阵列，面积为30mm*30mm，厚度小于1mm，压力分布图为50*50像素，布置在装置的中心位置，后面附有2cm厚弹性硅胶。为便于采集，触觉传感器的表面略凸起。彩色相机为100万像素，焦距6mm，定频率30HZ采集，采集时同步触发白色闪光灯，布置在图7中8的位置。超声波传感器由接收器和发射器组成并封装在探头内，布置在图7中9的位置表面略凸起。温度传感器由多个热敏电阻组成，接触皮肤后采用平均值作为皮肤表面温度，布置在图7中10的位置。触觉传感器的接触面、温度传感器采集端口和超声传感器的探头均设于同一平面，用于接触皮肤采集多元数据信息。

Claims (5)

1.一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，其特征在于，利用触觉传感器采集皮肤触觉信息；
所述触觉传感器为压电式的传感器阵列；
包括前端多元数据采集装置、三轴压力传感器和处理器，所述前端多元数据采集装置、三轴压力传感器与处理器通信；
前端多元数据采集装置，用于采集皮肤的多元数据信息；
三轴压力传感器，用于测量前端多元数据采集装置按压皮肤时的压力，在设定的压力值触发触觉传感器采集皮肤触觉信息；
处理器，用于对多元数据信息的采集、记录、分析与处理；
所述前端多元数据采集装置设于外壳(1)前端，外壳内设有三轴压力传感器(3)，三轴压力传感器(3)外套有橡胶垫(4)并嵌于外壳，用于三轴压力传感器(3)检测外力按压橡胶垫(4)产生的压力；
一种基于视触觉混合感知的皮肤检测方法基于视触觉混合感知的皮肤检测系统实现，包括以下步骤：
1)前端多元信息采集装置采集多元数据信息；
多元数据信息中的图像信息、超声信息和触觉信息纳入图像类信息，图像类信息转换为皮肤信息后，与温度信息纳入数据类信息；
2)数据类信息与用户信息组成数据特征，图像类信息和数据特征一同存入数据库；
3)在线检测时，通过步骤1)获取待检测用户皮肤的图像类信息和数据类信息；查询数据库中与待检测用户的数据特征最接近的N个历史用户数据特征，即情况相似用户，并按照数据特征的欧式距离由近及远进行排列，提供给人机交互界面；
所述图像类信息转换为皮肤信息具体如下：
图像信息转换为颜色均值、颜色分布范围、异常颜色均值、异常颜色面积和斑点数量；
超声信息转换为是否含有肿块、肿块面积和肿块数；
触觉信息转换为是否含有肿块、肿块数量、肿块平均体积、肿块是否活动、肿块表面是否光滑、肿块硬度。
2.根据权利要求1所述的一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，其特征在于所述触觉信息包括压力分布、弹性分布、硬度分布、三维形态信息中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，其特征在于所述触觉传感器设于前端多元信息采集装置内，所述前端多元信息采集装置还包括相机、温度传感器和超声传感器中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，其特征在于，所述多元数据信息包括触觉传感器采集的皮肤触觉信息、相机采集的图像信息、超声传感器采集的超声信息、温度传感器采集的温度信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于视触觉混合感知的皮肤检测系统，其特征在于，所述前端多元数据采集装置设于外壳(1)前端，外壳内设有三轴压力传感器(3)，三轴压力传感器(3)外套有橡胶垫(4)并嵌于外壳，用于三轴压力传感器(3)检测外力按压橡胶垫(4)产生的压力。
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