CN112568878A - 基于视觉的压力传感器、设备及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于视觉的压力传感器、设备及应用方法，属于压力传感器技术领域，通过柔性感压层，与目标部位相贴合，感受目标部位的压力；数据采集层，用于获取柔性感压层受目标部位压力作用后的变化量。该传感器可以阵列化的感知受压情况，可以广泛地用于脉搏检测及相应的身体健康状况和疾病监测领域作为智能脉诊仪或相应的可穿戴设备，以及机器人等领域作为柔性阵列化机器人皮肤。在使用时，方便快捷，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，来对人体健康情况进行分析，解决了现有技术中脉诊技术无法仅仅通过单一生理信号来诊断人体的生理信息的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于人体健康监测技术领域，具体涉及一种基于视觉的压力传感器、设备及应用方法。
背景技术
生活水平的提高，身体健康逐渐成为人们关注的焦点，而在人们追求身体健康监测的舒适度的同时，促进了柔性电子领域的发展。
为了实现对身体健康监测的舒适度，目前，市场上出现了各种可穿戴传感器等，用户将传感器穿戴在身体上，从而采集身体的信息，对身体健康情况进行监测。
但是，现有技术中的压力传感器在采集信息时，通常通过采集单一信息来对人体健康进行分析，精准度偏低。
发明内容
为了至少解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于视觉的压力传感器、设备及应用方法。
本发明提供的技术方案如下：
一方面，一种基于视觉的压力传感器，包括：柔性感压层、数据采集层；
所述柔性感压层位于数据采集层的下部，所述柔性感压层与目标部位紧密接触；所述数据采集层连接所述柔性感压层；
所述柔性感压层，与目标部位相贴合，感受目标部位的压力；
所述数据采集层，用于获取所述柔性感压层受目标部位压力作用后的变化量。
可选的，还包括：数据处理层；
所述数据处理层位于数据采集层的上部；所述数据处理层，用于基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性。
可选的，所述目标部位包括：人体的目标部位，所述变化量包括脉搏压力变化量，所述映射模型包括病理映射模型，所述预设特性包括所述人体的健康状况及病理特征；或，
所述目标部位包括：机械手所抓取的物体表面，所述变化量包括位于机械手不同位置处的压力传感器的压力感知量及压力传感器的位置以及机械手的空间状态和运动状态，所述映射模型包括物体表观物理特征映射模型，所述预设特性包括所述机械手抓取的物体的形状及不同位置处的软硬程度；或，
所述目标部位包括：机械脚所处位置处的地表，所述变化量包括位于机械脚上阵列化布置的基于视觉的压力传感器的压力感知量以及机械脚的空间状态和运动状态，所述映射模型包括物体表观物理特征映射模型，所述预设特性包括所述机械脚所处位置处的地形地貌及地表材料物理状况特征。
可选的，所述柔性感压层上阵列化的设置有柔性尖端；所述柔性尖端的个数为至少一个；
所述柔性尖端的形状为四面体形、半球形或柔性透明球形；或，所述柔性感压层为平层；或，
所述柔性感压层的尖端处涂有涂料，所述涂料包括：压光涂料或压热涂料；或，
所述柔性尖端表面覆盖有一层压光材料或压热材料。
可选的，所述数据采集层，包括：图像压力信号转换装置；所述图像压力信号转换装置包括图像传感器或普通摄像头或夜视摄像头或热成像传感器；
所述图像压力信号转换装置与所述柔性感压层的材料按照预设规则相匹配；
所述柔性感压层为柔性透明压力感知层，所述图像压力信号转换装置为夜视摄像头，或，普通摄像头与LED灯的结合或，普通图像传感器；或，
所述柔性感压层为柔性压光材料压力感知层，所述图像压力信号转换装置为普通图像传感器、夜视图像传感器、夜视摄像头、普通摄像头中的至少一种；或，
所述柔性感压层为柔性压热材料压力感知层，所述图像压力信号转换装置为热成像传感器。
又一方面，一种设备，包括：接触部位，所述接触部位与目标部位相接触，所述接触部位设置有上述任一所述的基于视觉的压力传感器。
又一方面，一种基于视觉的压力传感器的应用方法，包括：
获取感压层受目标部位压力作用后的变化量；
基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性。
可选的，所述应用方法为人体状况监测方法，包括：
获取感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；
基于预设变化量与病理映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的人体健康状况及病理特征，或，
所述应用方法为人体状况监测方法，包括：
获取感压层受目标部位压力作用后的变化量；
基于预设变化量与物体表观物理特征映射模型、所述变化量及相应的机械手，机械脚的空间状态及运动状态，获取所述变化量对应的物体表观物理特征。
可选的，所述变化量，包括：形变图像、形变图像视频、阵列压力信号、阵列压力信号变化序列中的至少一种；所述基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性，包括：
根据预设形变图像与病理映射模型、所述形变图像，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像视频与病理映射模型、所述形变图像视频，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与病理映射模型、所述阵列压力信号，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与病理映射模型、所述阵列压力信号变化序列，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像与物体表观物理特征映射模型、所述形变图像，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
根据预设形变图像视频与物体表观物理特征映射模型、所述形变图像视频，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与物体表观物理特征映射模型、所述阵列压力信号，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与物体表观物理特征映射模型、所述阵列压力信号变化序列，获取目标部位的物体表观物理特征。
可选的，所述对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号，包括以下情况中的至少一种：
确定柔性透光感压层与柔性部位接触面积的变化信息；根据所述接触面积的变化信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层与刚性部位接触时柔性透光感压层接触部位的形变信息；根据所述形变信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层整体受到压力产生的周向弹性形变信息；根据所述周向弹性形变信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压光材料制作，为柔性压光材料压力感知层；确定所述柔性压光材料压力感知层受压后产生的不同发光图像和信息；根据所述不同光信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压热材料制作，为柔性压热材料压力感知层；确定所述柔性压热材料压力感知层受压后产生的热量信息；利用热成像传感器根据所述热量信息，获取阵列化压力热量分布，从而获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层，包括：柔性透明弹性压力层；确定所述柔性透明弹性压力感知层受压后产生的图像信息；根据所述图像信息，对图像信息进行后处理，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的身体状况信息或物体表观物理特征或直接对视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或相应的或物体表观物理特征；或，
柔性压光材料感压层，包括：柔性压光材料感压层；确定所述柔性压光材料压力感知层受压后产生的图像信息；根据所述图像信息，对图像信息进行后处理，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对视频图像或夜视视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征；或，
柔性压热材料感压层，包括：柔性压热材料感压层；确定所述柔性压热材料压力感知层受压后产生的热成像图像信息；根据所述图像信息，对图像信息及逆行后处理，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对热成像视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征。
本发明的有益效果为：
本发明实施例提供的基于视觉的压力传感器、设备及应用方法，通过柔性感压层，与目标部位相贴合，感受目标部位的压力；数据采集层，用于获取柔性感压层受目标部位压力作用后的变化量。该传感器可以阵列化的感知受压情况，可以广泛地用于脉搏检测及相应的身体健康状况和疾病监测领域作为智能脉诊仪或相应的可穿戴设备，以及机器人等领域作为柔性阵列化机器人皮肤。在使用时，方便快捷，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，来对人体健康情况进行分析，解决了现有技术中脉诊技术无法仅仅通过单一生理信号来诊断人体的生理信息的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种嵌入示意图；
图3为本发明实施例提供的一种设备结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器的应用方法流程示意图；
图5为柔性感压层与柔性的物体接触时的变形示意图；
图6为柔性感压层与硬的物体接触时的变形示意图；
图7为柔性感压层与弹性物体接触时的变形示意图；
图8为本发明实施例提供的一种柔性感压层的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种数据采集层具体结构的示意图；
图10为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器单元结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
为了至少解决本发明中提出的技术问题，本发明实施例提供一种基于视觉的压力传感器。
图1为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器结构示意图，参阅图1，本申请提供的基于视觉的压力传感器，可以包括：柔性感压层51、数据采集层52。数据采集层可以设置摄像头或图像传感器A等。还可以包括、数据处理层53、数据显示层54。在柔性感压单元中可以使用光敏二极管或光敏三极管。
柔性感压层51位于数据采集层52的下部，与目标部位紧密接触，数据处理层53位于数据采集层52的上部，数据显示层位54于数据处理层53的上部；数据采集层分别连接柔性感压层和数据处理层；数据显示层连接数据处理层；柔性感压层51，与目标用户部位相贴合，感受目标部位的压力；数据采集层52，用于获取柔性感压层受目标部位压力作用后的变化量。
在一个具体的实现过程中，定义目标部位可以为待监测人体健康状况的人员的身体部位为目标部位，也可以定义机器手所抓取的物体表面为目标部位等，此处中不做具体限定。从而通过本申请的提供的基于视觉的压力传感器，来监测人体状况或机器人外部状况信息。
其中，数据采集层可以包括图像压力转换装置，柔性感压层可以为柔性尖端，图10为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器单元结构示意图，参阅图10，实例了某个单元的结构示意图，包括柔性尖端和图像压力转换装置，在一个具体的实现过程中，可以采用一个基于视觉的压力传感器单元，也可以以单元为基础，阵列化进行设置。
可选的，数据处理层53，位于数据采集层的上部；数据处理层，用于基于预设变化量与映射模型、变化量，获取变化量对应的目标部位的预设特性。数据显示层54，用于显示数据采集层和数据处理层产生的数据。
可选的，目标部位包括：人体的目标部位，变化量包括脉搏压力变化量，映射模型包括病理映射模型，预设特性包括人体的健康状况及病理特征；或，
目标部位包括：机械手所抓取的物体表面，变化量包括位于机械手不同位置处的压力传感器的压力感知量及压力传感器的位置以及机械手的空间状态和运动状态，映射模型包括物体表观物理特征映射模型，预设特性包括机械手抓取的物体的形状及不同位置处的软硬程度；或，
目标部位包括：机械脚所处位置处的地形地貌特征及地表材料物理状况特征，变化量包括位于机械脚上阵列化布置的基于视觉的压力传感器的压力感知量以及机械脚的空间状态和运动状态，映射模型包括物体表观物理特征映射模型，预设特性包括机械脚所处位置处的地形地貌及地表材料物理状况特征。
例如，在对人体进行测量时，可以预先构建病理映射模型，病理映射模型为变化量与病理状况对应关系模型，从而通过人体的脉搏压力变化量，输入到预设的病理映射模型，获得到与脉搏压力变化量相对应的人体健康状况。
例如，在机械手所抓取的物体表面使用本申请的基于视觉的压力传感器时，可以预先构建物体表观物理特征映射模型，物体表观物理特征映射模型为变化量与物体的形状及不同位置处的软硬程度的对应关系，从而通过位于机械手不同位置处的压力传感器的压力感知量及压力传感器的位置以及机械手的空间状态和运动状态，来获取机械手抓取的物体的形状及不同位置处的软硬程度。
例如，在机械脚所处位置处使用本申请的基于视觉的压力传感器时，可以预先构建物体表观物理特征映射模型，物体表观物理特征映射模型为变化量与机械脚所处位置处的地形地貌及地表材料物理状况特征的对应关系，从而通过测量机械脚上阵列化布置的基于视觉的压力传感器的压力感知量以及机械脚的空间状态和运动状态，来确定机械脚所处位置处的地形地貌及地表材料物理状况特征。
例如，可以将图像、机械手的空间状态、运动状态和传感器的位置分布相结合，确定物体形状和不同位置处的软硬程度的；首先根据机械手上传感器的分布和机械手的空间状态，可以确定物体的形状；机械手的空间状态即现在机械手的位置状态。
在一些实施例中，可选的，柔性感压层上阵列化的设置有柔性尖端；柔性尖端的个数为至少一个；柔性尖端的形状可以为四面体形、半球形或柔性透明球形；或，柔性感压层为平层；或，
柔性感压层的尖端处可以涂有涂料，涂料包括：压光涂料或压热涂料，其中，涂料可以为荧光涂料；或，
柔性尖端表面覆盖或嵌入一层压光材料或压热材料。
例如，例如，图2为本发明实施例提供的一种嵌入示意图。参阅图2，嵌入原理可以为：液态的压光或压热材料，在加热后会凝固，先将下面的基底固化，然后再在表面加入压光或压热材料，然后再将表层的压光或压热材料固化，以实现嵌入。
例如，目标部位可以为人体，也可以为机器人抓取物等，此处不做具体限定。
在本实施例中，柔性透光压力感知层尖端处表面涂上荧光涂料，或者压光涂料，或者压热涂料；若，在不涂抹荧光涂料时，需要用普通摄像头加LED，则在涂料后，可以实现不加LED；另外仅仅使用压光涂料加柔性透光感压层，相较于直接使用压光材料制造整个柔性感压层会节省压光材料，可以节约成本。
在一些实施例中，可选的，数据采集层，包括：图像压力信号转换装置；图像压力信号转换装置包括图像传感器或普通摄像头或夜视摄像头或热成像传感器；图像压力信号转换装置与柔性感压层的材料按照预设规则相匹配；柔性感压层为柔性透明压力感知层，图像压力信号转换装置为夜视摄像头，或，普通摄像头与LED灯的结合或，普通图像传感器；或，
柔性感压层为柔性压光材料压力感知层，图像压力信号转换装置为普通图像传感器、夜视图像传感器、夜视摄像头、普通摄像头中的至少一种；或，
柔性感压层为柔性压热材料压力感知层，图像压力信号转换装置为热成像传感器。
基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种设备。
图3为本发明实施例提供的一种设备结构示意图，参阅图3，本发明实施例提供的设备，可以包括：接触部位M，接触部位M与目标部位相接触，接触部位设置有上述任一记载的基于视觉的压力传感器N。
例如，设备为可穿戴设备，如，弹性手环，弹性手环与人体相接触处，设置有上述任一实施例记载的传感器。
在一些实施例中，可选的，上述任一实施例记载的传感器也可以作为便携式或固定式的智能信息化脉珍仪。
值得说明的，本发明实施例中，设备并不一定是可穿戴设备，也可以应用为专用的医疗脉诊仪(非可穿戴式)，也可以应用为机器人的柔性感压皮肤，或应用到辅助性的机械外骨骼中(作为人机交互的一部分)，也可以应用于机器人中作为人机交互的一部分。
本发明实施例提供的可穿戴设备，通过获取柔性感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。在使用时，方便快捷，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，来对人体健康情况进行分析，解决了现有技术中单一信号分析，不能进行人体健康状况和病理状况诊断的技术问题。
基于一个总的发明构思，本发明实施例还提供一种基于视觉的压力传感器的应用方法。
图4为本发明实施例提供的一种基于视觉的压力传感器的应用方法流程示意图，参阅图4，本发明实施例提供的方法，可以包括以下步骤：
S11、获取感压层受目标部位压力作用后的变化量。
S12、基于预设变化量与映射模型、变化量，获取变化量对应的目标部位的预设特性。
可选的，应用方法为人体状况监测方法，包括：获取感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征，或，
应用方法为人体状况监测方法，包括：获取感压层受目标部位压力作用后的变化量；基于预设变化量与物体表观物理特征映射模型、变化量及相应的机械手，机械脚的空间状态及运动状态，获取变化量对应的物体表观物理特征。
例如，本实施例中，以人体健康监测进行说明，机器人的使用理论依据相似，此处不做赘述。获取柔性感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。
在检测人体健康方面，脉搏信息是最主要的健康信息之一，脉搏信息可以反应人体的健康状况等，为了精准获取人类的健康状况，本发明实施例中，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据或者通过基于图像数据，来对人体健康情况进行分析。
在一个具体的实现过程中，定义待监测人体健康状况的人员为目标用户，从而通过本申请的提供的基于视觉的压力传感器的人体状况监测方法，采集柔性感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。
例如，可以将柔性感压层贴合在目标用户待监测的部位，如手腕处，手腕内的脉搏振动使得脉搏与柔性感压层之间产生压力，从而使得柔性感压层产生形变，获取预设时间段内的变化量，如，预设时间段可以为30秒等，此处不做具体限定。由于变化量可以为柔性感压层与用户脉搏压力作用后形成，因此，变化量可以视为脉搏压力图像视频。从而可以将变化量输入到预设变化量与病理映射模型中，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。从而了解到目标用户的人体健康状况及病理特征。
在一些实施例中，可选的，本实施例以预设变化量与病理映射模型的构建为例，对模型构建方法进行说明，包括：
采集样本变化量及对应的病理特征，样本变化量携带病人数据标签；
根据样本变化量与病人数据标签进行训练，获取预设变化量与病理映射模型。
例如，在本实施例中，基于海量变化量及其相应的病症数据训练好的深度学习或知识图谱模型等，作为预设变化量与病理映射模型。例如，可以为深度学习模型，其中，深度学习模型可以是基于柔性透明压力感知层受力的作用后的样本变化量以及对应的病人数据标签进行训练后获得的，识别标签是根据标准基于视觉的脉搏阵列化压力传感器预先确定的，并与样本变化量特征一一对应。其中，变化量可以为脉搏阵列化压力数据信息。
在一些实施例中，变化量，包括：形变图像、形变图像视频、阵列压力信号、阵列压力信号变化序列中的至少一种，其中，形变图像，可以包括：形变图像视频、连续拍摄的一系列图像、形变图像序列等。基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征，包括：
根据预设变化量与病理映射模型、变化量，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像视频与病理映射模型、形变图像视频，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对变化量进行预处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与病理映射模型、阵列压力信号，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与病理映射模型、阵列压力信号变化序列，获取目标用户的人体健康状况及病理特征。
例如，在获取用户的人体健康状况及病理特征时，可以直接将变化量输入预设变化量与病理映射模型中，来获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。也可以对变化量进行预处理，获得脉搏的阵列化压力数据，然后将脉搏的阵列化压力数据，输入预设阵列压力信号与病理映射模型，从而获得人体的健康和病理特征。在获得脉搏的阵列化压力数据精后，可以输入脉搏的阵列化压力数据序列获得人体的健康和病理特征，预设阵列压力信号与病理映射模型可以为脉搏的阵列化压力数据序列。其中，预设阵列压力信号与病理映射模型的构建方法原理与上述预设变化量与病理映射模型构建的原理相同，此处不再赘述，请参阅上述内容。
在一些实施例中，对变化量进行预处理，获取其中的阵列化压力信号，包括：
确定柔性透光感压层与柔性部位接触面积的变化信息；根据接触面积的变化信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层与刚性部位接触时柔性透光感压层接触部位的形变信息；根据形变信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层整体受到压力产生的周向弹性形变信息；根据周向弹性形变信息，获取阵列化压力信息；或，
可以由三者进行结合判定。
柔性透光感压层由压光材料制作，为柔性压光材料压力感知层；确定柔性压光材料压力感知层受压后产生的不同发光图像和信息；根据不同图像和信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性透光感压层由压热材料制作，为柔性压热材料压力感知层；确定柔性压热材料压力感知层受压后产生的热量信息；利用热成像传感器根据热量信息，获取阵列化压力热量分布，从而获得脉搏阵列化的压力分布；或，
柔性感压层，包括：柔性透明弹性压力层；确定柔性透明弹性压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像传感器根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或直接对视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病；或，
柔性压光材料感压层，包括：柔性压光材料感压层；确定柔性压光材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像传感器或夜视传感器根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或直接对视频图像或夜视视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病；或，
柔性压热材料感压层，包括：柔性压热材料感压层；确定柔性压热材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用热成像传感器根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或直接对热成像视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病。
在本实施例中，柔性感压层，包括：柔性透明弹性压力层；确定柔性透明弹性压力感知层受压后产生的图像信息(包括柔性透明弹性压力感知层本身的形变图像，和与环境交互产生的图像(例如与物体间的接触面积等))；利用图像传感器(包括普通图像传感器，夜视图像传感器，或者未知的新型图像传感器等)根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而可以获得病人的生理状况(包括各种健康信息以及潜在的疾病等)或者可以直接对视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病等。
在检测人体健康方面，脉搏信息是最主要的健康信息之一，脉搏信息可以反映人体的健康状况等，为了获取人类的健康状况，需要获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，当前市场上已有的可穿戴传感器，都只能测量脉搏整体的单一压力信号，无法获得脉搏的二维阵列化压力数据。
本实施例中，对柔性感压层获取阵列化压力信号的原理进行说明。
图5为柔性感压层与柔性的物体接触时的形变示意图。
例如，目标用户的监测部位可以为手腕、胸腔，柔性感压层受到压力时，会产生变形。当柔性感压层与柔性物质接触时，由于受到压力导致柔性物质发生形变，从而导致的柔性压力感知感知尖端与柔性物质之间的接触面积发生变化，进而获得阵列化压力信号。或者，参阅图5，柔性压力感知层与软的物体相接触时，尖端受到压力与软物体接触，尖端会刺入到软物体中，导致软物体包裹住部分尖端，接触面积及接触形式改变，从而在图像上进行体现。在构建预设模型时，根据改变面积与病理，构建模型。
可选的，可以不设置柔性尖端，只采用一层平的，光滑的压热材料，利用热成像传感器可以获得热成像图像的分布，进而可以获得脉搏的阵列化压力信号分布，本实施例中不做具体赘述。
图6为柔性感压层与硬的物体接触时的变形示意图。
例如，参阅图6，柔性感压层与硬性物质接触时，由于柔性压力感知尖端受到压力，导致柔性压力感知尖端处发生形变，从而导致柔性压力感知尖端与硬性物质的接触面积发生变化从而获得阵列化压力数据。柔性压力层尖端受到压力与硬物体接触，尖端被压平，在图像上会看到尖端的图像会变大。
图7为柔性感压层与弹性物体接触时的变形示意图。
例如，参阅图7，柔性感压层受到压力时，柔性压力感知尖端整体受到压力，由于泊松原理从而导致柔性压力感知尖端整体受压发生周向弹性形变，从而在视频图像上有所反应，进而获得阵列化压力信号。由于泊松定理，弹性体在受到压力时，会在垂直于压力的方向上膨胀，产生膨胀变形，在图像传感器上进行体现。
也可以同时产生上述三种情况，此时，可以接受图像，分析其中的三种类型形变的信息，总而获得总的阵列化的压力信息。
例如，柔性感压层可以为柔性压光材料压力感知层，柔性压光材料压力感知层受到压力后，由于受到相应的不同的压力从而发出相应的不同的光，进而可以由普通视频图像传感器获得相应的信号，进而获得阵列化压力信号。
例如，柔性感压层可以为柔性压热材料压力感知层，柔性压热材料压力感知层受到压力，由于压热材料在受到相应的压力时，会产生相应的热量，进而可以由热成像传感器等传感器获得相应的视频图像，进而可以获得相应的阵列化压力信号。
在本实施例中，如果所用传感器为热成像传感器加压热材料，压力感知层可以为平的；或者，传感器为压光材料也可以为平的。
本发明实施例中，预设变化量与病理映射模型可以为解耦模型，解耦模型可以是基于深度学习技术的模型，也可以是基于传统机器学习技术的模型，也可以基于传统机器学习技术与深度学习技术相结合的模型，利用知识图谱等技术对病理进行分析，该解耦模型包括但不限于以上模型，也可以是采用了某些新型技术的模型，或者多种新型或传统技术相结合的模型。
在本实施例中，柔性感压尖端阵列化排列，因此，可以采集阵列化压力数据，对阵列化压力数据进行分析，使得监测结果更加准确。
在本实施例中，柔性透光压力感知层尖端处表面涂上荧光涂料，或者压光涂料，或者压热涂料；若，在不涂抹荧光涂料时，需要用普通摄像头加LED，则在涂料后，可以实现不加LED；另外仅仅使用压光涂料加柔性透光感压层，相较于直接使用压光材料制造整个柔性感压层会节省压光材料，可以节约成本。
在本实施例中，可以通过感压单元来获取压力作用后的变化量，例如，感压单元，包括：感光元件和压力图像转换装置；压力图像转换装置包括：柔性尖端；感光元件用于获得相应的图像或光强。
例如，感光元件可以为光敏二极管，也可以是光敏三极管，图像传感器，固态图像传感器，光导摄像管等。可以将多个感压单元共同使用，获取目标部位的变化量。
例如，在一个具体的实现过程中，可以将数据处理层直接嵌入到感压单元上进行使用。
本实施例的感压单元可以进行阵列化排布可以应用于人体健康检测，作为脉搏压力传感器或其他类型的传感器，可以应用于机器人领域作为机器人柔性感压皮肤，也可以用于其他适用的各个领域。
本发明实施例提供的基于视觉的压力传感器的人体状况监测方法，通过获取柔性感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。在使用时，方便快捷，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，来对人体健康情况进行分析，解决了现有技术中单一信号分析，从而无法对病理进行诊断的技术问题。
图8为本发明实施例提供的一种柔性感压层的结构示意图，图中以柔性尖端为三棱锥为例，进行了示意说明，值得说明的是，图中仅仅是列举，并不是限定。
图9为本发明实施例提供的一种数据采集层具体结构的示意图，参阅图9，可以将图像传感器A或摄像头设置于数据采集层，从而采集柔性感压层的形变信息。
在一些实施例中，可选的，数据采集层，包括：图像传感器或夜视摄像头或热成像传感器；
图像传感器与柔性感压层的材料按照预设规则相匹配。
在一些实施例中，可选的，柔性感压层为柔性压力感知层，图像传感器为夜视摄像头，或，普通图像传感器与LED灯的结合；或，
柔性感压层为柔性压光材料压力感知层，图像传感器为普通图像传感器、摄像头、夜视摄像头中的至少一种；或，
柔性感压层为柔性压热材料压力感知层，图像传感器为热成像传感器。
在一些实施例中，可选的，柔性可拉伸的透明压力感知层的制作材料包括：PDMS、Ecoflex等。
关于上述实施例中的传感器，其中各个部件执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
其中，数据处理层可以设置数据处理芯片，数据处理芯片可以是类脑神经网络芯片等人工智能芯片，也可以是可以完成相应功能的其他类型芯片。
本发明实施例提供的脉搏阵列化压力传感器，通过获取柔性感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；基于预设变化量与病理映射模型、变化量，获取变化量对应的人体健康状况及病理特征。在使用时，方便快捷，通过获得人体脉搏的二维阵列化压力数据，来对人体健康情况进行分析，解决了现有技术中单一信号分析，无法对病理进行分析的技术问题。
可选的，变化量，包括：形变图像、形变图像视频、阵列压力信号、阵列压力信号变化序列中的至少一种；基于预设变化量与映射模型、变化量，获取变化量对应的目标部位的预设特性，包括：
根据预设形变图像与病理映射模型、形变图像，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像视频与病理映射模型、形变图像视频，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与病理映射模型、阵列压力信号，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与病理映射模型、阵列压力信号变化序列，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像与物体表观物理特征映射模型、形变图像，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
根据预设形变图像视频与物体表观物理特征映射模型、形变图像视频，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与物体表观物理特征映射模型、阵列压力信号，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与物体表观物理特征映射模型、阵列压力信号变化序列，获取目标部位的物体表观物理特征。
可选的，对变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号，包括以下情况中的至少一种：
确定柔性透光感压层与柔性部位接触面积的变化信息；根据接触面积的变化信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层与刚性部位接触时柔性透光感压层接触部位的形变信息；根据形变信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层整体受到压力产生的周向弹性形变信息；根据周向弹性形变信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压光材料制作，为柔性压光材料压力感知层；确定柔性压光材料压力感知层受压后产生的不同发光图像和信息；根据不同光信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压热材料制作，为柔性压热材料压力感知层；确定柔性压热材料压力感知层受压后产生的热量信息；利用热成像传感器根据热量信息，获取阵列化压力热量分布，从而获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层，包括：柔性透明弹性压力层；确定柔性透明弹性压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像压力信号转换装置根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的身体状况信息或物体表观物理特征或直接对视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或相应的或物体表观物理特征；或，
柔性压光材料感压层，包括：柔性压光材料感压层；确定柔性压光材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像压力信号转换装置根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对视频图像或夜视视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征；或，
柔性压热材料感压层，包括：柔性压热材料感压层；确定柔性压热材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用热成像传感器根据图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对热成像视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于视觉的压力传感器，其特征在于，包括：柔性感压层、数据采集层；
所述柔性感压层位于数据采集层的下部，所述柔性感压层与目标部位紧密接触；所述数据采集层连接所述柔性感压层；
所述柔性感压层，与目标部位相贴合，感受目标部位的压力；
所述数据采集层，用于获取所述柔性感压层受目标部位压力作用后的变化量。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括：数据处理层；
所述数据处理层位于数据采集层的上部；所述数据处理层，用于基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述目标部位包括：人体的目标部位，所述变化量包括脉搏压力变化量，所述映射模型包括病理映射模型，所述预设特性包括所述人体的健康状况及病理特征；或，
所述目标部位包括：机械手所抓取的物体表面，所述变化量包括位于机械手不同位置处的压力传感器的压力感知量及压力传感器的位置以及机械手的空间状态和运动状态，所述映射模型包括物体表观物理特征映射模型，所述预设特性包括所述机械手抓取的物体的形状及不同位置处的软硬程度；或，
所述目标部位包括：机械脚所处位置处的地表，所述变化量包括位于机械脚上阵列化布置的基于视觉的压力传感器的压力感知量以及机械脚的空间状态和运动状态，所述映射模型包括物体表观物理特征映射模型，所述预设特性包括所述机械脚所处位置处的地形地貌及地表材料物理状况特征。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述柔性感压层上阵列化的设置有柔性尖端；所述柔性尖端的个数为至少一个；
所述柔性尖端的形状为四面体形、半球形或柔性透明球形；或，所述柔性感压层为平层；或，
所述柔性感压层的尖端处涂有涂料，所述涂料包括：压光涂料或压热涂料；或，
所述柔性尖端表面嵌入一层压光材料或压热材料。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述数据采集层，包括：图像压力信号转换装置；所述图像压力信号转换装置包括图像传感器或普通摄像头或夜视摄像头或热成像传感器；
所述图像压力信号转换装置与所述柔性感压层的材料按照预设规则相匹配；
所述柔性感压层为柔性透明压力感知层，所述图像压力信号转换装置为夜视摄像头，或，普通摄像头与LED灯的结合或，普通图像传感器；或，
所述柔性感压层为柔性压光材料压力感知层，所述图像压力信号转换装置为普通图像传感器、夜视图像传感器、夜视摄像头、普通摄像头中的至少一种；或，
所述柔性感压层为柔性压热材料压力感知层，所述图像压力信号转换装置为热成像传感器。
6.一种设备，其特征在于，包括：接触部位，所述接触部位与目标部位相接触，所述接触部位设置有上述权利要求1-6任一所述的基于视觉的压力传感器。
7.一种基于视觉的压力传感器的应用方法，其特征在于，包括：
获取感压层受目标部位压力作用后的变化量；
基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性。
8.根据所述权利要求7所述的方法，其特征在于，所述应用方法为人体状况监测方法，包括：
获取感压层受目标用户脉搏压力作用后的变化量；
基于预设变化量与病理映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的人体健康状况及病理特征，或，
所述应用方法为人体状况监测方法，包括：
获取感压层受目标部位压力作用后的变化量；
基于预设变化量与物体表观物理特征映射模型、所述变化量及相应的机械手，机械脚的空间状态及运动状态，获取所述变化量对应的物体表观物理特征。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述变化量，包括：形变图像、形变图像视频、阵列压力信号、阵列压力信号变化序列中的至少一种；所述基于预设变化量与映射模型、所述变化量，获取所述变化量对应的目标部位的预设特性，包括：
根据预设形变图像与病理映射模型、所述形变图像，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像视频与病理映射模型、所述形变图像视频，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与病理映射模型、所述阵列压力信号，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与病理映射模型、所述阵列压力信号变化序列，获取目标用户的人体健康状况及病理特征；或，
根据预设形变图像与物体表观物理特征映射模型、所述形变图像，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
根据预设形变图像视频与物体表观物理特征映射模型、所述形变图像视频，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号；
根据预设阵列压力信号与物体表观物理特征映射模型、所述阵列压力信号，获取目标部位的物体表观物理特征；或，
对所述变化量进行处理，获取其中的阵列压力信号变化序列；
根据阵列压力信号变化序列与物体表观物理特征映射模型、所述阵列压力信号变化序列，获取目标部位的物体表观物理特征。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对所述变化量进行处理，获取其中的阵列化压力信号，包括以下情况中的至少一种：
确定柔性透光感压层与柔性部位接触面积的变化信息；根据所述接触面积的变化信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层与刚性部位接触时柔性透光感压层接触部位的形变信息；根据所述形变信息，获取阵列化压力信息；或，
确定柔性透光感压层整体受到压力产生的周向弹性形变信息；根据所述周向弹性形变信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压光材料制作，为柔性压光材料压力感知层；确定所述柔性压光材料压力感知层受压后产生的不同发光图像和信息；根据所述不同光信息，获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层由压热材料制作，为柔性压热材料压力感知层；确定所述柔性压热材料压力感知层受压后产生的热量信息；利用热成像传感器根据所述热量信息，获取阵列化压力热量分布，从而获取阵列化压力信息；或，
柔性感压层，包括：柔性透明弹性压力层；确定所述柔性透明弹性压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像压力信号转换装置根据所述图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的身体状况信息或物体表观物理特征或直接对视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或相应的或物体表观物理特征；或，
柔性压光材料感压层，包括：柔性压光材料感压层；确定所述柔性压光材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用图像压力信号转换装置根据所述图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对视频图像或夜视视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征；或，
柔性压热材料感压层，包括：柔性压热材料感压层；确定所述柔性压热材料压力感知层受压后产生的图像信息；利用热成像传感器根据所述图像信息，获取阵列化压力信号分布，从而获得病人的生理状况或物体表观物理特征或直接对热成像视频图像本身进行处理从而得到穿戴者的生理信号以及潜在的疾病或物体表观物理特征。
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