一种足弓形态智能检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种足弓形态智能检测系统，用于对足弓数据进行智能检测从而对足弓形态进行判断，其特征在于，包括：数据获取部，用于采集使用者的原始足底压力分布数据；数据预处理部，对原始足底压力分布数据进行数据预处理，得到预处理后的足底压力分布数据以及足底压力分布云图；足印描绘部，对足底压力分布云图进行扫描得到足印的凸包络线；数据拟合部，对预处理后的足底压力分布数据基于PCA方法拟合获得足轴线；以及数据拟合部的修正单元基于该足轴线进行修正已得到修正后的足轴线；足部划分部，基于足轴线或修正后的足轴线划分前足、中足以及后足；以及判断部，对使用者的足弓形态进行判断。态进行判断。态进行判断。

【技术实现步骤摘要】
一种足弓形态智能检测系统及方法


[0001]本专利技术属于智能检测领域，涉及一种足弓形态智能检测系统及方法。

技术介绍

[0002]足弓是由足的跗骨，跖骨通过韧带、肌腱共同组成的一个凸向上方的弓形结构，使足具有坚固、轻巧和弹性，可承受较大的压力和缓冲行走、跑、跳时对身体所产生的震动，同时还可保护足底的血管和神经等免受压迫。由于该弓形结构的不同，足一般表现为平足、正常足以及高弓足。
[0003]平足与高弓足是常见的两种足弓畸形，可造成不同程度的足弓静态支撑和动态减震功能的减损。平足形态的足，其足弓内侧往往承压过大并伴随跟骨外翻，严重的可引起足部疼痛，且会降低人的行走与站立能力；高弓足形态的足，则会导致前足与后足的压力过大，严重的甚至引起足底软组织受损，并影响踝关节稳定性。
[0004]目前对功能性足弓异常采取保守治疗，常使用矫形辅具(足弓垫等)，通过限制足跟的异常内外翻，对足弓施加支撑以及改变足底压力分布情况等方式对患者足部畸形起到矫正效果。
[0005]现有的足弓形态检测方法一般是患者通过医院的X线摄片上某些骨性标记点的测量结果结合患者自述的症状由医生来对足弓形态进行判断。然而该方法受限于医疗机构和专业人员，并伴有一定辐射，是一种低效、昂贵的诊断方法,因此很难用于日常足弓异常筛查。还有就是采集足部的压力分布与三维形态数据检测存在的异常，通过设计合适的器件使其尽可能回归至正常状态。然而，这一方法仍存在往往无法系统性与量化地达成这一目标的缺陷。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，提供一种经济、便携且准确的足弓形态智能检测方法，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种足弓形态智能检测系统，用于对足弓数据进行智能检测从而对足弓形态进行判断，其特征在于，包括：数据获取部，用于采集使用者的原始足底压力分布数据；数据预处理部，对原始足底压力分布数据进行数据预处理，得到预处理后的足底压力分布数据以及足底压力分布云图；足印描绘部，对足底压力分布云图进行扫描得到足印的凸包络线；数据拟合部，对预处理后的足底压力分布数据基于PCA方法拟合获得足轴线；足部划分部，基于足轴线划分前足、中足以及后足；以及判断部，对使用者的足弓形态进行判断。
[0008]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，数据拟合部还包括修正单元，修正单元基于足轴线对前足以及后足进行粗略划分，由该粗略划分确定前足与后足的内外侧最宽位置，并将内外侧最宽位置截线的中点相连得到修正的足轴线。
[0009]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，数据预处理部具有数据岛提取单元以及数据处理单元，数据岛提取单元，对含有传感器硬件椒盐噪声的原始足底压力分布数据基于泛洪算法进行提取面积超过噪声阈值的足压数据岛，数据处理单元，对足压数据岛进行滤波与插值处理，并基于Lanczos进行二次插值生成足底压力分布云图。
[0010]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，PCA方法为基于协方差矩阵对预处理后的足底压力分布数据进行特征分解，得出对应的数据主成分即特征向量与权值即特征值，数据拟合部具有特征分解单元、几何中心确定单元以及足轴线生成单元，特征分解单元基于PCA方法得到与预处理后的足底压力分布数据对应的特征向量C1与特征值，特征向量C1表明数据主成分的方向，该方向记为C1轴，几何中心确定单元对预处理后的足底压力分布数据进行可视化形成足印数据，将足印数据中的各点的横纵坐标作为样本，取所有点的平均坐标作为足印的几何中心，足轴线生成单元将坐标轴中心移到足印的几何中心处，不断旋转坐标轴使得足印数据在C1轴上的方差达到最大值得到足印的长轴Ax，长轴Ax即为足轴线。
[0011]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，判断部基于足弓系数对使用者的足弓形态进行判断，足弓系数为中足触地部分的宽度与中足整体宽度的比值，即：
[0012]λ
arch
＝l1/l2[0013]式中，λ
arch
为足弓系数，l1为中足触地部分的宽度，l2为中足整体宽度，当λ
arch
大于指定系数时λ
flat
‑
foot
，表示足弓处足印过宽，则判断部判断使用者的足弓形态为平足；当λ
arch
小于指定系数时λ
high
‑
arch
，表示足弓处足印过窄或缺失，则判断部判断使用者的足弓形态为高弓足；其他情况下则判断部判断使用者的足弓形态为正常足弓。
[0014]本专利技术提供了一种足弓形态智能检测方法，用于对足弓数据进行智能检测从而对足弓形态进行判断，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，基于压力传感器采集使用者的原始足底压力分布数据；步骤S2，对原始足底压力分布数据进行数据预处理得到预处理后的足底压力分布数据以及足底压力分布云图；步骤S3，基于Graham扫描法对足底压力分布云图进行扫描得到足印的凸包络线；步骤S4，基于PCA方法对预处理后的足底压力分布数据进行拟合获得足轴线；步骤S5，基于足轴线对前足、中足以及后足进行划分；步骤S6，基于中足区域与地面的接触特征对使用者的足弓形态进行判断。
[0015]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤S4还包括对足轴线进行修正，修正包括以下步骤：将PCA方法拟合得到的足轴线结果作为足部大致朝向，进行前足及后足的粗略划分；确定前足与后足的内外侧最宽位置；将前足与后足的最宽位置截线的中点相连，得到修正的足轴线。
[0016]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，在步骤S2中，数据预处理包括以下步骤：步骤S2
‑
1，基于泛洪算法从含有传感器硬件椒盐噪声的原始足底压力分布数据中提取面积超过噪声阈值的足压数据岛；步骤S2
‑
2，对提取到的足压数据岛进行滤波与插值处理；步骤S2
‑
3，基于Lanczos二次插值对足压数据岛的分辨率进行提升，得到足底压力分布云图。
[0017]本专利技术提供的一种足弓形态智能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，
PCA方法为基于协方差矩阵对预处理后的足底压力分布数据进行特征分解，得出对应的数据主成分即特征向量与权值即特征值，步骤S4包括以下子步骤：步骤S4
‑
1，基于PCA方法得到与预处理后的足底压力分布数据对应的特征向量C1以及特征值，特征向量C1表明数据主成分的方向，该方向记为C1轴；步骤S4
‑
2，将预处理后的足底压力分布数据进行可视化形成足印数据，将足印数据中的各点的横纵坐标作为样本，取所有点的平均坐标作为足印的几何中心；步骤S4
‑
3，将坐标轴中心移到足印的几何中心处，不断旋转坐标轴使得足印数据在C1轴上的方差达到最大值得到足印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种足弓形态智能检测系统，用于对足弓数据进行智能检测从而对足弓形态进行判断，其特征在于，包括：数据获取部，用于采集使用者的原始足底压力分布数据；数据预处理部，对所述原始足底压力分布数据进行数据预处理，得到预处理后的足底压力分布数据以及足底压力分布云图；足印描绘部，对所述足底压力分布云图进行扫描得到足印的凸包络线；数据拟合部，对所述预处理后的足底压力分布数据基于PCA方法拟合获得足轴线；足部划分部，基于所述足轴线划分前足、中足以及后足；以及判断部，对所述使用者的足弓形态进行判断。2.根据权利要求1所述的一种足弓形态智能检测系统，其特征在于：其中，所述数据拟合部还包括修正单元，所述修正单元基于所述足轴线对所述前足以及所述后足进行粗略划分，由该粗略划分确定所述前足与所述后足的内外侧最宽位置，并将内外侧最宽位置截线的中点相连得到修正的足轴线。3.根据权利要求1所述的一种足弓形态智能检测系统，其特征在于：其中，所述数据预处理部具有数据岛提取单元以及数据处理单元，所述数据岛提取单元，对含有传感器硬件椒盐噪声的所述原始足底压力分布数据基于泛洪算法进行提取面积超过噪声阈值的足压数据岛，所述数据处理单元，对所述足压数据岛进行滤波与插值处理，并基于Lanczos进行二次插值生成所述足底压力分布云图。4.根据权利要求1所述的一种足弓形态智能检测系统，其特征在于：其中，所述PCA方法为基于协方差矩阵对所述预处理后的足底压力分布数据进行特征分解，得出对应的数据主成分即特征向量与权值即特征值，所述数据拟合部具有特征分解单元、几何中心确定单元以及足轴线生成单元，所述特征分解单元基于所述PCA方法得到与所述预处理后的足底压力分布数据对应的特征向量C1与特征值，所述特征向量C1表明所述数据主成分的方向，该方向记为C1轴，所述几何中心确定单元对所述预处理后的足底压力分布数据进行可视化形成足印数据，将所述足印数据中的各点的横纵坐标作为样本，取所有点的平均坐标作为足印的几何中心，所述足轴线生成单元将坐标轴中心移到所述足印的几何中心处，不断旋转坐标轴使得所述足印数据在C1轴上的方差达到最大值得到所述足印的长轴Ax，所述长轴Ax即为所述足轴线。5.根据权利要求1所述的一种足弓形态智能检测系统，其特征在于：其中，所述判断部基于足弓系数对所述使用者的足弓形态进行判断，所述足弓系数为所述中足触地部分的宽度与所述中足整体宽度的比值，即：λ
arch
＝l1/l2式中，λ
arch
为足弓系数，l1为所述中足触地部分的宽度，l2为所述中足整体宽度，当λ
arch
大于指定系数时λ
flat
‑
foot
，表示足弓处足印过宽，则所述判断部判断所述使用者的足弓形态为平足；
当λ
arch
小于指定系数时λ
high
‑
arch
，表示足弓处足印过窄或缺失，则所述判断部判断所述使用者的足弓形态为高弓足；其他情况下则所述判断部判断所述使用者的足弓形态为正常足弓。6.一种足弓形态智能检测方法，用于对足弓数据进行智能检测从而对足弓形态进行判断，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，基于压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄吉，谷彦颉，蒋东港，马昕，陈文明，
申请(专利权)人：珠海复旦创新研究院，
类型：发明
国别省市：