专利名称：基于全内反射原理的足底压力分布检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于全内反射原理的人体足底压力分布检测装置，属于生物医学工程领域。
本发明设计的基于全内反射原理的足底压力分布检测装置，包括透明薄膜、透明刚性平板、成像系统、光接收器和图像处理系统。透明薄膜置于透明刚性平板之上，成像透镜置于透明刚性平板下方，在透镜下方的光接收器接收通过透镜所成的图像，图像处理系统接收该图象进行处理。在透明刚性平板的两侧置有光源，透明刚性平板上设有标致点。
利用本发明的装置，可测量站立时的足底压力分布情况以及行走时的压力变化情况。足底面的位置精度高于0.5mm，动态足底压力采样间隔为0.02秒。采用足底压力分布检测装置，并与计算机处理系统、光学图像采集设备相结合，即可建立一套足底压力图像测试分析系统，该系统对行走步态全过程的压力图像进行连续采集与处理，实现了足底动、静应力分布的测试与分析。
图2为本发明装置中刚性平板上的标志点示意图。
图1和图2中，1是透明薄膜，2是标志点，3是透明刚性平板，4是光源，5是反光罩，6是成像透镜，7是光接收器，8是图像处理系统。
本发明装置的工作原理是透明刚性平板3两侧的光源4发出的光从平板侧面进入平板之内，产生全反射，薄膜1在受到足底压力后紧贴于刚性平板3上，破坏了刚性平板内光的全反射。从平板折射出的光在薄膜1上产生漫反射，漫反射光经过透镜成像在光接收器7上，并传到光处理系统8。由于薄膜受压产生的漫反射光强正比于足压的大小，因此可以根据漫反射光所成图像的灰度值以及平板上的标志点求出足底的应力分布。
足底压力成像部分包括弹性透明薄膜1，薄膜1置于带有标志点2的刚性透明平板3上，平板3的两侧各有一个带反光罩5的光源4。当人站立或者行走在成像装置上时，足底压力使薄膜1受压变形，平板3内光线的全反射被破坏，折射平板3在薄膜1上产生的漫反射，反射光强与所受压力成正比。由于标志点2之间的相对位置已知，因此通过计算标志点2在图像中的相对位置，就可以得到平板3上实际物体与其图像的映射关系，进而修正因透镜参数等原因引起的位置测量误差。只要在进行实验时，先采集一幅有标志点2的图像，计算出映射矩阵，然后将其代入实验数据，就实现了误差修正和自定标。
图像接收部分包括位于平板3几何中心正下方，并且光轴垂直于平板3表面的聚光用透镜6，透镜6将平板3上的光线聚集到光接收器7(如CCD等光电器件)上成像。
图像采集与处理部分包括将光接收器7上图像转换成计算机可接收数据的图像处理系统8，完成图像存储、图像处理、压力计算与显示等操作，根据图像像素灰度值正比于平板3上相应点所受压力大小的原理，计算足底的压力分布。
本发明的一个实施例中主要组件的参数如下薄膜1为0.25mm厚的弹性透明塑料薄膜；平板3为12mm厚460mm×460mm的透明钢化玻璃板；标志点2为粘贴在平板3上表面(如图2所示)，并平行于平板3四个边，相邻点几何中心距为190mm；光源4为420mm长36W的直型日光灯透镜6为焦距1.5mm的凸透镜；光接收器7为600线的面阵黑白CCD；图像卡8为黑白动态图像采集卡；计算机(9)为256M内存PIII个人计算机。实施例的装置可以连续5秒以上采集在有效工作面积400mm×400mm范围内的图像，装置总高度为150mm，只要在医院诊室搭设一个楼梯台阶高度的步道，就可以进行动态足底压力分布检测。
权利要求
1.一种装置包括透明薄膜、透明刚性平板、成像系统、光接收器和图像处理系统。所述的透明薄膜置于透明刚性平板之上，成像透镜置于透明刚性平板下方，在透镜下方的光接收器接收通过透镜所成的图像。在透明刚性平板的两侧置有光源，平板上设有标致点。
全文摘要
本发明涉及一种基于全内反射原理的足底压力分布检测装置,包括透明薄膜、透明刚性平板、成像系统、光接收器和图像处理系统。透明薄膜置于透明刚性平板之上,成像透镜置于透明刚性平板下方,在透镜下方的光接收器接收通过透镜所成的图像,图像处理系统接收该图象进行处理,并与计算机处理系统、光学图像采集设备相结合,即可建立一套足底压力图像测试分析系统,对行走步态全过程的压力图像进行连续采集与处理,实现了足底动、静应力分布的测试与分析。
文档编号A61B5/22GK1349781SQ0113980
公开日2002年5月22日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者王人成, 姜明文, 金德闻, 刘勇, 徐琰恺 申请人:清华大学