一种足底压力的分析方法与流程

本发明涉及测量数据分析处理领域，尤其涉及一种足底压力的分析方法。

背景技术：

人体的足是由26块骨，33个关节和126根韧带、肌肉和神经如同网状一样分层沟通的一个复杂结果。它的基本功能主要是支撑人体体重，缓冲、吸收冲击力；产生向前的推力以及帮助调节、维持人体的平衡。人体在静止站立或者动态行走时，在自身重力的作用下，足底在垂直方向上受到一个地面的反作用力，这个力就是足底压力。人体的足相对于整个身体来讲是相当小的一个部分，但是人体的每一步行走，足底所受到的压力是巨大的，这种大概超过人体体重的50％。就人们日常生活而言，平均每人每天大概有4个小时在依靠其双脚行走8000至10000步。这就意味着一个人的足底每天都要累积承受几百吨的压力，这是一个令人吃惊的数字。当人体足部结构发生一些病变或功能障碍以及当人体运动状态发生变化时，足底压力和压强分布都会发生相应的改变。通过对足底压力参数进行分析研究，揭示不同的足底压力分布特征和模式，通过正常足与病理足的足底压力参数的对比研究，可进行分析病足成因、病程衍变以及足部功能评定；同时足底压力的分析对鞋子的设计、智能下肢假肢的应用、腿部疾病患者的恢复等也具有十分重要的作用。

而目前现有的精确测量设备，由于测量点数多，控制复杂，价格昂贵等特点，一般仅限于专业机构使用，另一方面现有的简易测量装置，由于测量点数少，定位不准确等特点，无法作为专业分析的依据。再者，由于受测者每次站姿不同，得到的压力指标会有一些差异；受测者每次站立位置可能不同，得到的分析结果会有一些差异；没有接触压力板的足底部分没有压力值，因此不能得到十分完整的足型。

因此，开发一种能够全面反映足底压力分布、能够获得完整足型且能准确计算出各项足部指标的分析方法是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种足底压力的分析方法，其能根据压力数据全面分析其足底压力的分布情况，实现对足底压力数据的进一步分析，优化分析结果，并准确获得各项足压指标。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于非诊断和非治疗目的足底压力的分析方法，其包括如下步骤：

步骤(1)、获取足压数据，并对该足压数据进行前期处理，获得足底压力指标；

步骤(2)、对步骤(1)中前期处理后的足压数据中的足压圆边边缘进行进一步处理，获得满足预定要求的平滑的足压图像；

步骤(3)、对步骤(2)中获得的平滑的足压图像进行分区处理，得到足部指标，并分析内外翻指数和足弓指数。

为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：

进一步地，所述足底压力指标包括足压最大值、足压平均值、足压方差、足压标准差、压强比；所述足部指标包括足部接触面积、足部重心、足弓长度、脚长、脚宽。

进一步地，所述步骤1)的具体实施过程包括：

a)采用传感器获取足压数据；

b)根据步骤a)获取的足压数据，计算压力数据的平均值、方差和标准差；压力重心；左右脚的平均值、方差、标准差和重心；

c)对步骤a)处理后的压力数据依次进行插值处理、二值化处理并分析得出每一个坐标点的连通域。

更进一步地，所述插值处理具体为：插值一次增加2×2倍的数据，共插值三次，数据量增大64倍，可理解的是，此处插值次数可进行相应的调整。

更进一步地，所述二值化处理具体为：有压力值得置1，无压力值得置0。

更进一步地，所述分析得出每一个坐标点的连通域具体为：每一坐标点的连通域在x轴和y轴方向的长度分别为len_x和len_y；其中，如果满足(len_x+len_y)<20、len_y/len_x<0.05、len_y/len_x>20中的一个条件，则将该坐标点的压力值置0。

进一步地，所述步骤2)的具体实施过程包括：

a)采用椭圆核对步骤1)中前期处理后的压力数据进行腐蚀膨胀处理；

b)将步骤a)腐蚀膨胀处理后的压力数据按照x坐标从中间平均分成两部分，分别对应左脚右脚的位置，并将其对应的压力数据存入左右脚的数据中。

更进一步地，所述步骤a)中的椭圆核的尺寸根据预定要求的边缘平滑程度进行调整。

进一步地，所述步骤3)的具体实施过程包括：

i)将步骤(2)处理后的左右脚足压图像按预定的分区规则进行分区；

ii)对步骤i)中分区后的压力数据进行逆插值处理，使其恢复至采集得到的数据大小，获得分区效果图；

iii)根据步骤ii)的分区效果图计算内外翻指数和足弓指数。

更进一步地，所述步骤i)中的分区规则具体如下：

将步骤(2)处理后的左右脚足压图像分别按长度进行三等分，分为上中下三部分，分别计算左脚和右脚足压图像的上下两部分的重心，并将左脚和右脚足压图像的上下两部分的重心分别进行连线，所述连线为各自的l6足轴线；

设置与l6足轴线均垂直的l1～l5分区线，其中l1分区线与l5分区线分别与足型相切，l2分区线、l3分区线与l4分区线的划分根据统计数据分别反映了前脚趾部分、前脚掌部分、足弓部分和脚后跟部分；

设置与l6足轴线均平行的l7～l11分区线，其中l7分区线与l11分区线与足型的前半部分相切，l8分区线将l6足轴线与l7分区线之间的区域平分，l9分区线与l10分区线将l6足轴线与l11分区线之间的区域三等分；

其中，上述足轴线l6与分区线l1～l11将足压图像的左右脚足型分别进行分区，每一足型共分为10个区域(区域1、区域2、区域3、区域4、区域5、区域6、区域7、区域8、区域9、区域10)。

可以理解的是，基于分析目的的不同，也可采用更多或更少的分区线来进行区域划分，即上述分区规则可进行适当的调整。

更进一步地，所述步骤ii)中的逆插值处理具体为：逆插值一次数据量变成原来的(1/4)，共逆插值三次，数据量变为原来的1/64；可理解的是，此处逆插值次数可进行适当的调整，但其数量应等于上述插值的次数。

更进一步地，所述内外翻指数的计算公式为：

所述足弓指数的计算公式为：

其中，s3定义为区域3的面积，s4定义为区域4的面积，s5定义为区域5的面积，s6定义为区域6的面积，s7定义为区域7的面积，s8定义为区域8的面积，s9定义为区域9的面积，s10定义为区域10的面积。

本发明的技术方案具体实施过程如下：

一、首先对数据进行前期处理，得出一些基本的足压指标：

1)根据足压数据，计算压力数据的平均值、方差和标准差；

2)计算出压力重心：

3)将压力数据按照x坐标从中间平均分成两部分，分别对应左脚右脚的位置，分别计算左右脚的平均值、方差、标准差和重心；

4)对压力数据进行插值处理，插值一次增加2×2倍的数据，共插值三次，数据量增大64倍。

5)对压力数据做二值化处理：即有压力值得置1，无压力值得置0；

6)分析得出每一个坐标点的连通域，该点连通域在x轴和y轴方向的长度分别为len_x和len_y。如果满足(len_x+len_y)<20，len_y/len_x<0.05，len_y/len_x>20中的一个条件，即将该坐标位置的压力值置0。

二、对足压图形边缘进一步处理，得到较为平滑的足型：

1)采用椭圆核对压力数据进行腐蚀膨胀处理，目的是使足型边缘更加平滑，椭圆核的大小可根据边缘平滑程度的要求调整；

2)将处理后的压力数据按照x坐标从中间平均分成两部分，分别对应左脚右脚的位置，存入左右脚的数据中。

三、对足压图像就行分区处理，并计算出足压指标：

1)分别将左右脚足压图像按长度进行三等分，分为上中下三部分，计算上下两部分的重心，两点的连线即为足型的轴线，代表不同人站立时脚尖的方向；

2)轴线与足压图像上下两个交点分别代表左右脚足型的长度；

3)将轴线向两侧平移，直到与前半部分足型没有交点为止，得到的两条平行线之间的距离即为脚宽；

4)将左右脚足型进行分区，共分为10个区域(如图2所示)，共11条分区线，划分规则如下：l6为足轴线。l1、l2、l3、l4、l5均与足轴线垂直，其中l1与l5分别与足型相切，l2、l3、l4的划分根据统计数据得出，分别反映了前脚趾部分、前脚掌部分、足弓部分和脚后跟部分。l7、l8、l9、l10、l11均与足轴线平行，l7与l11与足型的前半部分相切，l8将l6与l7之间的区域平分，l9和l10将l6与l11之间的区域三等分；

5)对压力数据进行逆插值处理，逆插值一次数据量变成原来的(1/4)，共逆插值三次，数据量变为原来的1/64，即恢复采集得到的数据大小；依据分区规则进行分区，可得分区效果图(图3所示)；

6)根据区域划分，计算内外翻指数：区域3、4、9面积之和减去区域5、6、7、10面积之和后，与区域3、4、9面积之和的比值；

7)计算足弓指数：区域8面积与区域3、4、5、6、7、8、9、10面积之和的比值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述的分析方法分析了足底压力指标，包括足压最大值、足压平均值、足压方差、足压标准差、压强比；计算了足部指标，包括足部接触面积、足部重心、足弓长度、脚长、脚宽；分析了受测者的站姿，包括身体重心、足轴线方向；分析了足弓类型，根据足底压力和足部指标数据，分析了足弓指数、翻转程度，并判断足弓类型。通过本发明所述的足底压力的分析方法，能根据压力数据全面分析其足底压力的分布情况，实现对足底压力数据的进一步分析，优化了分析结果，减少了分析误差，并准确获得各项足压指标，在拥有少数测量点测量值的情况下，就可以得到足底压力完整而准确的数据，节约了传感器的硬件成本。

附图说明

图1是本发明一实施例中的足底压力的分析方法的流程框图；

图2是本发明一实施例中的足底压力的分析方法中根据分区规则所获得的区域划分图；

图3是本发明一实施例中的足底压力的分析方法中对压力数据进行逆插值处理后所获得的分区效果图。

具体实施方式

本发明提供了一种足底压力的分析方法，其包括如下步骤：获取足压数据，并对该足压数据进行前期处理，获得足底压力指标；对前期处理后的足压数据中的足压圆边边缘进行进一步处理，获得满足预定要求的平滑的足压图像；对平滑的足压图像进行分区处理，得到足部指标，并分析内外翻指数和足弓指数。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的足底压力的分析方法，包括压力数据的前期处理、腐蚀膨胀处理、足压分区及指标计算等步骤，其具体如下：

1)将原始压力数据读到m_datadrawvector中；

2)根据传感器的规格确定行数m_nrow与列数m_ncol；

3)计算压力数据的平均值/方差和标准差；

4)计算出压力重心：

重心的x轴坐标：对所有压力数据对应的x坐标与压力值的乘积进行求和，除以所有压力值之和；

重心的y轴坐标：对所有压力数据对应的y坐标与压力值的乘积进行求和，除以所有压力值之和；

5)将压力数据按照x坐标从中间平均分成两部分，分别对应左脚右脚的位置；

6)分别计算左右脚的平均值、方差、标准差和重心；

7)对压力数据进行插值处理，插值一次增加2×2倍的数据，共差值三次，数据量增大64倍；

8)对压力数据做二值化处理：即有压力值得置1，无压力值得置0；

9)分别计算每一个坐标点在x和y轴方向连通的区域长度len_x和len_y；如果满足(len_x+len_y)<20，len_y/len_x<0.05，len_y/len_x>20中的一个条件，即将该坐标位置的压力值置0；

10)采用椭圆核对压力数据进行腐蚀膨胀处理，目的是使足型边缘更加平滑，椭圆核的大小可根据边缘平滑程度的要求调整；

11)将处理后的压力数据按照x坐标从中间平均分成两部分，分别对应左脚右脚的位置，存入左右脚的数据中；

12)分别按照左右脚足型按长度进行三等分，分为上中下三部分，计算上下两部分的重心，两点的连线即为足型的轴线，代表不同人的站姿；

13)轴线与足型上下两个交点分别代表左右脚足型的长度；

14)将轴线向两侧平移，直到与前半部分足型没有交点为止，得到的两条平行线之间的距离即为脚宽；

15)将左右脚足型进行分区，共分为10个区域(如图2所示)，共11条分区线，划分规则如下：l6为足轴线。l1、l2、l3、l4、l5均与足轴线垂直，其中l1与l5分别与足型相切，l2、l3、l4的划分根据统计数据得出，分别反映了前脚趾部分、前脚掌部分、足弓部分和脚后跟部分。l7、l8、l9、l10、l11均与足轴线平行，l7与l11与足型的前半部分相切，l8将l6与l7之间的区域平分，l9和l10将l6与l11之间的区域三等分。

16)对压力数据进行逆插值处理，逆插值一次数据量变成原来的(1/4)，共逆插值三次，数据量变为原来的1/64，即恢复采集得到的数据大；小依据分区规则进行分区；

17)根据区域划分，计算内外翻指数：区域3、4、9面积之和减去区域5、6、7、10面积之和后，与区域3、4、9面积之和的比值；

18)计算足弓指数：区域8与区域3、4、5、6、7、8、9、10之和的比值。

本实施例的分析方法使用插值法获得压力信息数据量增大64倍的数据集，通过采样值和估计值的组合，获得一个包含大量足底压力信息数据的数据集。这样一方面为基础数据提供更多插值数据，使得基本信息的图形拟合具有科学性样本，也使得基本信息的图形更贴近实际数据；另一方面为计算更多足底数据提供了足够的足底数据，使得其他间接信息的计算有数据可依据，不仅可以计算本计算方法中提供的数据信息，还可以计算使用者其他自定义的个性化数据信息，从而实现了足底压力的分布情况的全面分析，实现对足底压力数据的进一步分析，优化了分析结果，并准确地获得了各项足压指标。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各种方法的全部或部分计算分析步骤可以通过相关程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。