一种测量足底压力的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量足底压力的方法，该方法的主要目的是减少足底压力信息准确监测的成本。本发明专利技术首先利用较多传感点的足底压力测量设备测量足底压力信息，再根据该信息和本发明专利技术提出的建模方法以及足底压力的模型进行建模，该模型可以体现不同人之间的差异化，最后使用较小传感点的足底压力测量设备，监测测量者的足底压力信息，再通过模型反推还原得到足底各位置点上的足底压力信息，从而实现了使用简易设备得到较为完整精确的足底压力信息的方法。其中优化的多点的测量设备使用不同间距的传感阵列布局，优化的少点的测量设备使用传感器单元可插嵌的结构实现。足底压力模型使用了两种模型，一种为神经网络模型，另一种为距离相关的插值模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于足底压力测量领域，具体设及一种通过足底压力模型提高便携式 足底压力装置测量精度和测量广度的方法。
技术介绍
对足底压力的测量对于足腿部疾病、糖尿病等病情的诊断、鞋子的设计、身份的识 另IJ、智能控制等领域起到了重要作用。然而现有的精确测量设备，由于测量点数多，控制复 杂，对硬件的要求高等特点价格昂贵，一般仅限于专业机构使用，另一方面简易的测量装 置，甚至是便携式的足底压力测量设备，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。本专利通过对不同人个体行走过程中相关足底压力数据进行建模，得到符 合个人特征的足底压力模型，再配W关键点上的压力测量装置，通过对少数关键点的测量 就可W通过足底压力模型得到完整精确的足底压力信息。从而使得使用简易的测量点数较 少的足底压力便携设备就可W得到专业人±分析时需要的足底压力数据，并可W实现长时 间实时测量。同时减少了测量数据量，为远程传输、大数据传输减少了压力，形成了数据压 缩。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过建立足底压力模型，在拥 有少数测量点测量值的情况下，就可W得到足底压力完整而准确的数据。 为达上述目的，本专利技术通过W下技术方案实现： ： 首先，使用较多传感点的足底压力测量设备测量静态的足底压力和动态的足底压 力；其中静态的足底压力包括静止状态正常自然站立、保持身体平衡姿势稳定条件下的足 底压力；动态的足底压力包括完成特定动作过程中整个动作周期中各时间点上的足底压 力，除此之外，还包括整个动作周期中，足底各位置点压力的最大值组合在一起的足底压力 最大值信息，足底各位置点压力的平均值组合在一起的足底压力平均值信息进行简单处理 得到的信息； 其次，对采集到的针对个人的足底压力信息进行分析与建模，得到针对个人的足 底压力模型；[000引最后，利用较少传感点的足底压力测量设备监测个人的足底压力情况，通过较少 的足底压力信息和针对个人的足底压力模型，对监测点的位置上的足底压力情况进行估 计，最终实现通过较少传感点得到完整准确的足底压力信息的功能。作为本专利技术的进一步改进，所述较多传感点的足底压力测量设备传感点的分布是 阵列式的，且阵列上传感点之间的间距不同；测量者多次测量后，通过提取和对齐每次落脚 的足印信息，将足底相对位置相同的点上的测量值进行平均化处理，将足底相对位置不同 的点上的测量值进行拼接，W得到足底更多相对位置上的测量值;在进行足印信息对齐方 面，使用传感点阵列上每次落脚的压力传感点边界轮廓信息进行角度的旋转和位置的移 位。 作为本专利技术的进一步改进，所述针对个人的足底压力信息进行分析与建模具体包 括:所述较少传感点的足底压力测量设备上的传感点在足底上的相对位置点即为测量关键 点;使用所述较多传感点的足底压力测量设备采集到的足底压力信息，搭建一个神经网络， W测量关键点位置上的足底相对位置的坐标和该测量关键点上的足底相对位置的测量值， W及部分非测量关键点的坐标和测量值，来训练神经网络；当输入估计点的坐标给神经网 络时，所得到的对应该坐标的估计值与该点的实测值偏差小于预设阔值时，神经网络训练 完成，所得到的神经网络，包括神经网的结构和参系数，即为含有个体特征的足底压力模 型;使用时将所述较少传感点的足底压力测量设备测得的足底压力情况W及需要估计的各 足底相对位置点的坐标值，代入足底压力模型，得到足底各位置点上的估计值，即实现了通 过较少传感点得到完整准确的足底压力信息的功能。 作为本专利技术的进一步改进，针对个人足底压力信息的分析与建模还包括:所述较 少传感点的足底压力测量设备上的传感点在足底上的相对位置点即为测量关键点;所述针 对个人的足底压力模型由一个函数表示，该函数的经验公式为f化）=〇.5*avg，h为各测量关键点之间的距离即为自变量，该距离由两测量关键点的坐标计算得 到，计算函数值时，首先查找满足距离差为h的所有测量关键点对的集合;通过该函数的经 验公式和所述较多传感点的足底压力测量设备实测的足底压力点，得到Wh,f化)为横纵坐 标的坐标系，W及通过该函数的经验公式得到的函数散点图，该散点图是足底压力模型的 离散的经验模型;通过圆、球面、指数、高斯、线性函数，对该散点图进行拟合，通过调节各函 数中的参数使得函数曲线与散点之间的差值的平方的平均值最小，且如果添加一个相应的 距离，每个点都会在线上方，或者如果添加另一个相应的距离，每个点都会在线下方，运两 个距离值应该是相似的，拟合出的函数f化）即为足底压力模型的连续的估计模型，最后使 用该足底压力模型的连续的估计模型和较少传感点的足底压力测量设备的测量值，实现通 过较少传感点得到完整准确的足底压力信息的功能。 作为本专利技术的进一步改进，使用所述足底压力模型的连续的估计模型和所述测量 关键点上的值，估计所需位置上点的值，估计过程为被估计点的值等于各所述测量关键点 上的值乘W各所述测量关键点在被估计点上的贡献系数后的加和;所述各测量关键点在被 估计点上的贡献系数由公式计算得到，计算公式为A = ITiD,其中A为贡献系数矩阵，K为测量 关键点协方差函数矩阵，D为测量关键点与估计点之间的协方差函数矩阵，即：，其中an为第n个测量关键 点在估计点上的贡献系数，CU为第i个测量关键点和第j个测量关键点之间的协方差，C(Xn， X)为第n个测量关键点与估计点之间的协方差，q为拉格朗日乘数。而各点之间的协方差的 计算由足底压力的模型和两点之间的距离决定，即C化）= c(0)-f化），h为两点之间的距离； 由此得到估计点上的估计值，实现通过较少传感点得到完整准确的足底压力信息的功能； 由此得到除实测点外其他位置上的估计点的估计值。 作为本专利技术的进一步改进，为了减少计算量选择仅对关键的估计点进行估计，关 键估计点在足底面积上建立上下左右间隔相等的矩阵估计点，间隔内的点的估计工作使用 相邻的矩阵估计点进行线性拟合。 作为本专利技术的进一步改进，对足底压力信息进行区域化划分，区域化划分的依据 根据足底与地面接触时的生物力学特征点，W运些特征点的位置为质屯、，进行聚类划分，聚 类划分的过程W围绕质屯、点向外延展过程中的梯度变化为依据，各点之间的梯度计算不W 单点值计算，而W该点为中屯、周围一定面积内的点的平均值来计算;根据区域化划分，得到 足底的压力分区，每个分区将在所述较少传感点的足底压力测量设备中被认为是至少需要 布局一个测量点的区域，即关键测量区域。 作为本专利技术的进一步改进，当区域内沿不同方向上的变化存在一定差异时，为了 减小方向上的差异带来的估计点的估计误差，需要分析每个区域内压力在不同方向上的变 化，至少包括两个方向上的变化，比如该区域内固定的纵向和横向两个方向，纵向为脚尖和 脚跟之间的连线方向，横向为脚尖和脚跟之间连线的垂直方向，或依据区域边界的凸凹情 况决定参考方向，或依据区域内压力信息的梯度情况决定参考方向，分析在参考方向上的 压力变化规律;在各参考方向上，W占变化规律最主要成分的方向为主方向，其他方向为次 要方向，W主方向为依据，对次要方向根据异向比压缩距离轴使变程相同，然后进行各方向 的叠加，从而得到区域内的足底压力模型f化），f?化）=f〇化)+fl化)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量足底压力的方法，其特征在于，所述方法包括：首先，使用较多传感点的足底压力测量设备测量静态的足底压力和动态的足底压力；其中静态的足底压力包括静止状态正常自然站立、保持身体平衡姿势稳定条件下的足底压力；动态的足底压力包括完成特定动作过程中整个动作周期中各时间点上的足底压力，除此之外，还包括整个动作周期中，足底各位置点压力的最大值组合在一起的足底压力最大值信息，足底各位置点压力的平均值组合在一起的足底压力平均值信息进行简单处理得到的信息；其次，对采集到的针对个人的足底压力信息进行分析与建模，得到针对个人的足底压力模型；最后，利用较少传感点的足底压力测量设备监测个人的足底压力情况，通过较少的足底压力信息和针对个人的足底压力模型，对监测点的位置上的足底压力情况进行估计，最终实现通过较少传感点得到完整准确的足底压力信息的功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢峥，王新安，李璟，王墨，王明江，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，北京大学深圳研究生院，深圳集成电路设计深圳产业化基地管理中心，
类型：发明
国别省市：广东;44