平衡训练仪范文（精选8篇）

平衡训练仪 第1篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择于2012年8月-2013年8月在本院接受康复治疗的脑卒中偏瘫患者112例作为研究对象, 纳入标准:1确诊的脑卒中偏瘫;2病情稳定且无炎症认知、语言障碍;3可以在有或者无辅助装置的情况下维持睁眼静态站立至少1 min;4患者家属在了解研究过程后签署知情同意书。按照随机数表法将所有入组患者分为观察组及对照组, 每组各56例。对照组患者接受脑卒中偏瘫患者常规康复训练。其中, 男30例, 女26例, 年龄49~73岁, 平均 (62.28±7.19) 岁, 病程25~53 d, 平均 (41.72±9.73) d;观察组患者接受动态姿态平衡仪训练。其中, 男29例, 女27例, 年龄48~72岁, 平均 (62.71±7.25) 岁, 病程23~51 d, 平均 (40.52±9.61) d。两组患者的年龄、性别和病程等一般资料比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。

1.2 治疗方法

对照组患者接受传统平衡训练。利用平衡垫或者平衡板, 调节支撑面大小、稳定程度、软硬程度对患者的平衡能力进行训练。可以采用触觉、言语及平面镜自我反馈等方式训练患者的重心转移及姿势控制。观察组患者接受动态姿态平衡仪训练, 包括静态平衡训练及动态平衡训练两类[3]。静态平衡训练:在动态平台上针对视觉、本体及前庭感觉分别进行训练, 平台与视窗可以随着患者重心矢状面的旋转而发生0%~100%旋转。动态平衡训练:在静态平台上, 患者自然站立于指定位置, 随显示屏上光标移动来进行重心训练, 包括前后、左右、步行和上下楼梯等重心训练及患侧上下肢负重训练[4]。通过调节重心移动范围及重心移动快慢来阶梯性的调整难度。以上训练均每周进行3~5次, 每次持续30 min以上, 根据患者的平衡能力改善情况调节训练总周期。

1.3 观察指标

1.3.1 平衡功能

两组患者接受不同康复训练后, 均采用动态姿态平衡仪测量患者的平衡状态, 具体包括感觉整合能力试验、Berg平衡量表 (Berg Balance Scale, BBS) 、“起立-步行”计时测试 (Timed Up and Go Test, TUGT) 。

1.3.2 肢体功能

两组患者接受不同康复训练1和3个月后, 均采用Fugl-Meyer运动功能评分对患者的肢体功能进行评价, 测试内容共50项, 满分100分, 分值越高、运动能力越强。其中上肢能力评分满分66分, 下肢能力评分满分34分。

1.3.3 血清学指标

两组患者接受不同康复训练后, 均抽取外周空腹静脉血5 ml, 取上清后经酶联免疫吸附法 (enzyme linked immunosorbent assay, ELISA) 测定其中钙调蛋白 (Calmodulin, Ca M) 、脂蛋白 (Lipoprotein, Lp) 、可溶性细胞凋亡因子 (soluble Factor-related Apoptosis, s Fas) 、同型半胱氨酸 (homocysteine, Hcy) 和超敏C反应蛋白 (High sensitivity C-reactive protein, Hs-CRP) 等水平。

1.4 统计学方法

采用SPSS 18.0软件进行统计学分析, 计量资料采用t检验, P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 平衡能力

脑卒中患者的平衡能力测试是对康复训练最为客观的评价指标之一, 本次研究通过感觉整合能力试验、BBS评分、TUGT时间3个子项目对脑卒中患者的平衡能力进行评价。观察组患者接受动态姿态平衡仪训练后的综合评分指数、BBS评分均高于对照组, TUGT时间短于对照组患者 (P<0.05) 。见表1。

2.2 肢体功能

脑卒中患者的肢体康复训练是整个训练中的重点, 采用Fugl-Meyer运动功能评分可以对上下肢功能进行有效评测。观察组患者接受动态姿态平衡仪训练后1和3个月的上下肢功能评分均明显高于对照组患者 (P<0.05) 。具体见表2。

2.3 血清学指标

脑卒中患者存在明显血清学指标异常, 异常的血清学指标又可以成为不同预后的标志。观察组患者接受动态姿态平衡仪训练后的血清Ca M、LP、s Fas、Hcy、Hs-CRP水平均明显低于对照组患者 (P<0.05) 。见表3。

3 讨论

脑卒中是我国中老年人高发脑血管疾病, 致残率极高, 其中偏瘫是最常见功能障碍。脑卒中偏瘫患者由于中枢神经功能受损, 导致肌张力、肌力与感觉产生障碍, 易出现平衡失调, 主要表现为两侧负重不平衡;患肢负重能力、稳定性不同程度减退, 进一步影响患者的步行能力、日常生活能力。故在脑卒中患者的康复训练中, 如何改善或者恢复其平衡能力显得尤为重要, 也是决定康复效果的关键所在[5]。动态姿态平衡仪可以定性、定量的将患者的平衡障碍通过计算机进行数字化处理, 作出客观评估并量化[6]。进行平衡训练时患者可以通过视觉反馈了解自我重心的运动轨迹, 及时调整心态及姿势以维持平衡, 完成正反馈过程。

平衡训练包括静态及动态两类, 动态姿势平衡仪通过敏感的压力传感器将测得受试者的压力中心, 经计算机转换后得出人体重心, 可以直接评价患者的平衡状态[7]。本研究对比了两组患者康复训练后的平衡状态, 包括感觉整合能力试验、Berg平衡量表、“起立-步行”计时测试三方面, 结果显示观察组患者接受训练后的综合评分指数、BBS评分均高于对照组, TUGT时间短于对照组患者 (P<0.05) , 提示动态姿态平衡仪训练可以从各个方面提示患者的平衡功能[8]。偏瘫患者存在偏身肢体功能障碍, 这种障碍也是造成患者平衡感减弱甚至缺失的内因, 故平衡训练是通过对患者肌力功能的改善来提升平衡能力。本研究比较了两组患者的上下肢功能情况, 结果显示观察组患者接受训练后1和3个月的上下肢功能评分均明显高于对照组患者 (P<0.05) , 动态姿态平衡仪训练可以有效提升脑卒中患者的患肢功能, 也是患者平衡能力提升的主要原因。

钙调蛋白 (Ca M) 属于胞质溶胶蛋白, 作为Ca2+的受体蛋白, 调节生物体内多种Ca2+依赖的细胞生物功能。已经发现Ca M在糖尿病、心肌细胞功能损伤等方面均发挥重要作用, 目前关于Ca M与脑卒中的相关性研究仍较少, 仅有研究显示在脑缺血再灌注中随着神经元细胞内Ca2+超载, 脑组织Ca M活性剂含量均升高。炎症过程参与脑卒中的发生发展, 脂蛋白 (LP) 是一种特殊的血浆脂蛋白, 高LP水平被认为是心脑血管、动脉粥样硬化及深静脉血栓形成的独立危险因素。有研究显示血清LP与脑卒中严重程度及长期预后相关。细胞凋亡因子 (s Fas) 主要表达于成熟的T、B淋巴细胞上, 可以诱导免疫炎症反应, 与缺血性脑卒中有着密切关系[9]。在缺血条件下s Fas大量表达并分泌到胞质中促细胞凋亡。有学者推测Hcy血症可能发生在脑卒中后, 是脑卒中本身导致血清Hcy水平的增高, 而Hcy水平也可反过来推测卒中病情的严重程度。超敏C反应蛋白 (Hs-CRP) 是炎症急性期的标志物, 发病后持续升高的Hs-CRP与不良预后相关。本次研究比较了两组患者的上述指标水平差异, 结果显示观察组患者接受训练后的血清Ca M、LP、s Fas、Hcy和Hs-CRP水平均明显低于对照组患者 (P<0.05) , 动态姿态平衡仪训练对脑卒中患者的异常血清指标改善也有一定作用, 有助于患者预后的改善。

综上所述, 动态姿态平衡仪训练有助于提升脑卒中患者的平衡功能及肢体功能, 优化血清学指标水平, 值得在日后临床实践中推广应用。

参考文献

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平衡能力训练 第2篇

初级训练

初级阶段的平衡能力练习主要体验平衡的感受，通过身体重心的转移建立初步平衡感。

坐姿平衡

训练目地

感。

衡。

动。

训练身体在静态下的平衡，矫正坐姿，初步培养平衡训练方法(1)坐在椅子上，抬头挺胸，后背倚靠椅背。(2)双臂自然放在前面的桌子上，身体保持平训练要求 放松肩膀及身体其他部位的肌肉,不要过度紧张。单脚站立 训练目的 初步训练在重心偏离常态时的身体平衡感。训练方法(1)双手左右侧平举，身体正直，目视前方站稳。(2)一只脚站立，另一只脚抬起，上身保持不(3)换脚练习，并逐渐延长站立时间。训练要求 单脚站立时尽量不要东摇西晃。脚尖站立 训练目的 训练在小支撑点上的平衡。训练方法(1)双脚尖站立，并从1数到10。(2)双脚尖站立平稳后，改为单脚尖练习。训练要求 最初训练以光脚练习为宜。平衡板上站立 训练目的 利用器具训练身体平衡。训练方法

(1)在支点较宽的平衡板上站立，目视前方，并从1数到10。

(2)训练中逐渐减小质点的宽度，并从1数到20。

中级阶段

在身体的连续移动中掌握平衡。这是比较困难的阶段，因为身体两侧所进行的动作不相同，这样对平衡能力就提出了更高的要求。

顶物走

训练目的初步锻炼在动态中平衡。

训练方法

(1)地面上画一直线，孩子头项一本书或一个枕头站在起点。

(2)沿直线走，同时头上的东西不能掉下来。

(3)在练习达到一定程度时，可以将直线改为圈线。

训练要求

忌用手扶头上的东西。

跳华尔兹舞

训练目的培养在方向不断变化的活动中保持动态平衡能力。训练方法

(1)地面上画一个大圆圈，围绕着某一垂直的轴转圈。

(2)速度逐渐加快。

注意事项：若出现头晕、出汗、脸色苍白时，应及时停下来休息，并调整 转动的速度与弧度。

走平衡木

训练目的利用器具训练平衡感，使之能够在平衡木上保持平衡；在保持身体平衡的基础上表现某种韵律，为较高级的知觉动作做准备。训练方法

(1)在平衡木上行走，保持平稳。

(2)在以上基础上按节拍或音乐行走。训练要求

跳下的动作要轻，前脚掌先着地。

不倒翁

训练目的训练旧的平衡状态破坏后建立新的平衡状态的能力。训练方法

(1)在座位上保持良好的坐姿。

(2)坐正后，从一侧推动孩子以破坏其平衡，要求再度保持坐正的体姿。

(3)在推动下要保持平衡，可在其不注意的情况下进行推动，并继续保持平衡。

注意事项：推动力由轻到重，并注意保护，以免跌倒而受伤。

高级阶段

蒙眼走

训练目的发展不依靠视觉的空间平衡知觉能力。

训练方法

(1)开始时两眼睁开站立，并注意地面所画直线的走向。

(2)然后闭上眼睛站立，并向正前方行走。

倒走

训练目的发展平衡知觉能力；从二维平衡感发展到立体平衡感。

训练方法

(1)地面上画一直线，沿直线倒着走。

(2)在平稳的基础上计时，训练速度。

(3)上下楼梯时练习倒着上、下台阶。

拿横杆走平衡木

训练目的利用手持器具练习近平衡走动。

训练方法

(1)拿着横杆在平衡木上走动。

(2)横杆的长度可不断加长，两头可挂上物品进行练习。

训练方法

(1)旋转身体后继续保持平衡。

(2)迅速由卧位到站立位，保持平衡。

训练要求

平衡训练仪 第3篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2013年6月～2014年6月在西安高新医院神经科住院治疗的脑卒中患者48例,均符合全国第四届脑血管病学术会议制定《各类脑血管疾病诊断要点》[5]中的相关诊断标准,并经头颅CT或MRI确诊。按随机数字表法将所有患者随机分为治疗组和对照组各24例。其中治疗组男17例,女7例,平均年龄为57.58±10.89岁,平均病程为35.17±31.74天;脑出血11例,脑梗死13例;病灶部位:左侧14例,右侧10例。对照组男14例,女10例,平均年龄为57.29±11.58岁,平均病程为37.29±39.71天;脑出血13例,脑梗死11例;病灶部位:左侧11例,右侧13例。两组患者性别、年龄、病程、病情等一般资料差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 纳入标准

①符合上述诊断标准者;②首次发病,病程<3个月,生命体征平稳,神经学体征不再进展;③无认知、视觉、理解功能障碍;④下肢Brunnstrom分级在Ⅲ级或以上,能保持坐位平衡,能独立站立10min以上;⑤自愿参与本试验并签署《知情同意书》。

1.2.2 排除标准

①视、听力严重减退;②既往精神疾病;③严重心、肺、肾等功能不全;④伴其他影响步行的肌肉骨关节疾患和神经系统疾患,如震颤、感觉障碍、不自主运动、帕金森病等。

1.3 治疗方法

两组患者均给予以Bobath疗法、Brunnstrom技术、Rood疗法、PNF、功能性电刺激、生物反馈等综合训练为主的常规康复治疗。在此基础上,对照组给予常规平衡训练,治疗组则采用Pro·kin平衡训练仪进行平衡训练,两组均每天训练30min,每周5天,共连续训练6周。

1.3.1 治疗组

采用Pro·kin平衡训练仪(江苏天瑞产PK254)进行平衡功能训练[6]。训练前先进行Pro·Kin本体感觉评估,采用国际标准站位,记录患者在S1～S8区的测试结果,标注受限区域,然后根据测试结果选定治疗方案。具体方法如下:①站立位下静态平衡训练。在静态站立下通过描计步态运动图像了解双下肢承重情况,同时观测患者在平衡平台上控制重心轨迹的移动,进行重心保持、重心前后、左右转移训练及单足负重训练等。②站立位下动态平衡训练。患者在治疗师指导下通过移动重心带动平板监视器上的标记按选定方案训练,控制立位平衡;训练中可根据患者的障碍程度通过调整时间、速度、负重能力等改变训练的难易度。

1.3.2 对照组

首先让患者在平行杠内进行静态站立平衡训练和双下肢重心转移训练,然后逐渐将平衡板置于平行杠内,训练患者的重心转移能力。训练时应遵循以下原则:①支撑面积由大到小;②稳定极限由大到小;③从静态平衡训练过渡到动态平衡训练;④从睁眼到闭眼,逐渐增加训练的复杂性及平衡控制难度。

1.4 观察指标

1.4.1 平衡功能

(1)Berg平衡量表(BBS):其包括14个评价项目,每项计0-4分,总分为56分,得分越高表示平衡能力越好。(2)Fugl-Meyer平衡量表:其包括7个评价项目,每项2分,总分14分,得分越高表示平衡能力越好。(3)治疗组增加仪器自带平衡功能检测指标,包括:①稳定度指数,主要反映受试者人体重心与中心(指正常人体静止站立时其重心与地面的投影点)的偏离度;②平均轨迹差,指受试者身体重心动摇时与中心的偏离度(即平均位移差)。上述两指标均能反映人体平衡功能情况,数值越小表示平衡稳定性越好。

1.4.2 步行功能

采用Holden步行能力分级,共分为0～5级,级别越高表示步行能力越好。

1.4.3日常生活活动能力(ADL)

采用Barthel指数(BI)进行评价,由10个项目组成,满分为100分,得分越高表示ADL能力越强。

1.5 统计方法

计量资料以均值加减标准差表示,两组间均值比较采用独立样本t/t'检验,自身前后对照采用配对t检验;计数资料以频数(f)和率值或构成比(P)表示,无序分类资料采用Pearsonχ2检验,四格表资料改用Fisher确切概率法,均由SPSS 18.0统计软件进行统计分析。α=0.05。

2 结果

治疗前,两组患者的BBS评分、BI评分、Holden分级、F-M评分差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗后,两组患者的BBS评分、BI评分、Holden分级、F-M评分均较治疗前显著改善(P<0.05),且治疗组治疗后的BBS评分、BI评分、Holden分级、F-M评分均显著优于对照组(P<0.05)。另外,经治疗后,治疗组的稳定指数、平均轨迹差均较治疗前显著改善,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

注:与治疗前比较,①P<0.05:与对照组比较,②P<0.05

3讨论

脑卒中患者多伴有不同程度的平衡功能障碍,主要表现为身体重心向健侧偏移,偏瘫侧肢体负重能力及稳定性减退,无法维持正常姿势及重心合理分布,最终导致步行功能下降。而独立步行需负重、迈步及平衡三要素有机结合,可见平衡能力是决定偏瘫患者步行能力最重要的影响因素之一[7]。传统的平衡训练方法主要有借助平衡棒、双杠、平衡板、滚筒巴氏球、姿势矫正镜等进行坐位平衡、站位平衡及步行训练,而使用平衡训练仪来提高平衡功能是一种新兴且迅速发展的技术[8,9]。

Pro·kin平衡功能训练仪是一套利用视觉反馈对人体平衡进行综合训练的系统,患者通过自身平衡觉和平衡仪对姿势摇摆的动态反馈,向大脑中枢传入各种深浅感觉和复合觉刺激,调整身体重心控制,使患者的失平衡状态得到调整和修正,促进受损神经系统平衡和协调功能的重建,提高步行的稳定性;同时,其增强了患者参与训练的主动性、趣味性、积极性,促进患者平衡功能的提高。本研究结果显示,治疗组训练后BBS评分、BI评分、Holden分级、F-M评分均显著优于对照组(P<0.05),稳定指数、平均轨迹差亦较治疗前显著改善(P<0.05)。由此可见,Pro·kin平衡功能训练仪能更有效改善脑卒中患者的平衡功能,提高步行能力及ADL,值得临床推广应用。

摘要：目的:探讨Pro·kin平衡训练仪对脑卒中患者步行能力及日常生活活动能力(ADL)的影响。方法:将48例脑卒中患者随机分为治疗组(24例)和对照组(24例),对照组给予常规康复训练,治疗组则采用Pro·kin平衡功能训练仪进行康复训练,采用Berg平衡量表、Fugl-Meyer平衡量表、Holden步行能力量表和Barthel指数进行疗效评价。结果:治疗6周后,治疗组BBS评分、BI评分、Holden分级、F-M评分均优于对照组(P<0.05)。结论:Pro·kin平衡功能训练仪能更有效改善脑卒中患者的步行能力和日常生活活动能力。

关键词：脑卒中,Pro·kin平衡训练仪,步行能力,日常生活活动能力

参考文献

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移动报靶训练仪连续数据流的处理 第4篇

移动报靶训练仪是军队现代化训练的重要设备之一，发展到现今有基于图像处理的坐标靶，光点坐标靶，CCD线阵靶，声电坐标靶，光纤编码定位靶等多种类型[1]。基于图像处理的坐标靶以其简捷、方便、低成本、便于携带、测量精度较高等优点[2]，在现代军事训练和射击比赛中应用较多。本文以基于图像处理的坐标靶系统为基础，由CMOS传感器对实时红外激光的图像进行采集，并经过ARM微处理器进行光点检测后传输到计算机进行后续运算。

为了保证射击成绩的实时性和准确性，训练仪用CMOS传感器以50帧频速率采集射击图像，图像大小为640×480×2 Byte，每秒钟数据为640×480×2×50=30 MB。进行数据存储和原数据无处理传输需要大容量存储空间和30 MB带宽。因此，如何在ARM微处理器中进行数据传输存储，并利用ARM微处理器提取红外小目标减少网络流量是本文讨论的重点。

微处理器数据的传输方式主要有两种，中断处理机制和DMA控制。中断处理机制由于系统本身的固有延迟难以满足系统的实时性[3]。DMA控制优点在于在系统初始化完成之后，DMA就可以脱离CPU独立工作[4];数据直接在源地址和目的地址之间传送，不需要中间媒介，省去数据的读取时间[5]。

红外小目标的检测算法[6]，分为“先检测后跟踪(DBT)”和“先跟踪后检测(TBD)”两大类。DBT类目标检测算法基本实现过程为先单帧检测再多帧确认，具有设计思路简单、实时性好的优点，检测效果依赖于前阶段图像预处理结果，适用于具有较高信噪比的目标检测中。TBD目标检测算法是近年来发展较为完善、实现过程相对复杂的序列图像小目标检测算法，比较受理论界的欢迎。但目标运动的随机性和目标检测的实时性要求限制了TBD方法在实际系统中的应用[7]。

本文数据传输采用DMA控制方式，通过在CPU内部内存开辟环状内存的方法，解决中断处理不及时的问题，同时节省CPU读取数据的时间。用TBD检测算法进行红外小目标检测，先确定目标的可能位置，再通过像素之间的关联判定是否为真正的目标。为了进一步提高数据处理的速度，结合下采样思想[8]优化检测算法[9,10]，采用波门跟踪方法[11,12,13]进一步提高数据处理的速度。

1 数据传输

1.1 DMA传输

一个高速的数据采集与处理系统，需要有极高的实时性，而中断处理机制无法满足高速采集系统要求。ARM微处理器常采用方法是DMA传输和中断处理结合的解决方案:N次中断=N次DMA存取+1次中断，即N次DMA存取后申请一次中断，代替每次数据采样进行中断。

实时控制系统往往要求数据采集和数据处理实行同步并行处理。为了实现数据处理的实时性，ARM微处理器采用的DMA传输数据存储方式为在RAM区开辟双缓冲区(如图1所示)，一个区用于数据存储，另一个区用于数据处理与传送。每块内存区大小为N次DMA传输数据大小。不同时段两个区域交替用作数据存储区和数据处理区。

DMA是将外设的数据传输到内存中。CPU初始化这个传输动作(包括选择DMA通道，数据传输的源地址、目的地址、传输字节数、传输模式)后，DMA控制器脱离CPU完成后续传输工作。DMA完成N次传输后向CPU发送一个中断请求，CPU开始处理Buf0区域的数据。同时DMA对Buf1区域数据进行传输时，由于目的地址的变更，CPU需重新初始化DMA传输动作，如此交替进行操作。由于图像采集的连续性，重新初始化将导致图像数据丢失。

1.2 DMA存储优化

如果DMA传输无需再次初始化，则存在中断延时的问题。考虑在ARM内部开辟一块环状内存。针对连续数据流，开启DMA的循环模式。当循环模式被激活时，传输的数据自动对指定内存区域实现重复写入操作。由于CPU自带的SRAM一般较小，小于一幅图像的大小0.6 MB，因此将图像分为10次进行传输，每次DMA传输60 KB数据，将图像进行10次分割。设置一个计数器来区分当前数据具体为图像的哪一部分。计数器设置为16位数据，对于每次DMA传输数据进行加一操作，计数器除10能得到结果表示当前数据的帧数，余数表示当前数据所处帧的块数。这样既能解决数据丢失的问题，同时又能将待处理的数据存储在CPU内部RAM，节省运算数据的读取时间，提高CPU的运算速度。

由于DMA传输数据的独立性，无法实时告诉CPU数据写到哪个位置，为了保证CPU处理与DMA存储数据之间不存在冲突，同时保证数据能够及时处理不被覆盖，同时打开DMA的两种中断模式HC(Half Complete)和TC(Transfer Complete)，即当DMA传输数据至指定内存的一半区域时，DMA发送一个HC中断请求给CPU,CPU接收到请求后开始对前半部分数据进行运算，DMA则继续传输数据到指定内存的后半部分，并在结束时发送TC中断。

2 光点检测

本系统在实际使用过程中，是由一台上位机同时控制30个靶道，如果每个靶道源数据不经处理直接上传给上位机，则上位机需要30×30=900 MB带宽，且上位机在1秒时间内对900MB数据进行运算，这对于网络上传和上位机运算能力，都是一大考验。如果能利用ARM微处理器的计算能力，在ARM端对采集的源数据进行光点检测，假设光点大小为50×50个像素大小，则网络上传流量仅为50×50×50×2=0.25 MB，如果能够进一步计算出光点中心，对于每帧数据仅为光点中心坐标值，对于网络流量减少和上位机运算负荷降低都是一大提高。

2.1 常用光点检测算法

系统采用红外激光作为光点源。为了尽可能去除噪声，CMOS采集图像时使用滤镜将可见光滤除，只允许红外光透过，采集到的目标图像为红外小目标图像，而对于小目标红外图像，具有三个特点:1)目标在靶面成像面积小，只占几个到几十个像素;2)目标与背景灰度不相关;3)对于单帧图像，目标在图像中为位置为随机的，而对于连续序列图像来说目标位置具有一定相关性。

根据目标光点的特性，设计的光点检测算法步骤为:

1)目标提取

求取灰度阈值T，进行逐行光点检测，保留超过阈值T的像素点，作为可能目标点;

阈值求取方法采用全局阈值法，对整幅图像求均值m和方差s，阈值的求取公式为:

其中，T表示整幅图像的阈值，w1和w2为预先设定的修正系数。根据阈值判断当前像素点是否为可能目标点。

2)计算可能目标点所占像素点的个数和位置

检测到某行数据存在单个目标像素点或者连续超过十个目标像素点时，判断为干扰数据丢弃掉。对一幅图像中的目标像素点进行统计，得到目标像素点的个数，并根据计算器的来判断像素点的位置。

3)判断可能目标点是否为实际目标点

预设四个变量l,r,t和b，分别用来表示光点区域的最左、最右、最上、最下四个方位像素的位置，通过计算得到r-l和b-t的值，从而得到亮点区域的形状(如图2所示)，结合目标像素点的总个数来判断是否为目标光点。

4)求取目标光点中心

由于背景灰度值较小，目标灰度值较高，运用灰度中心法则可以获得较高的定位精度。目标S中心坐标如下所示:

其中，W(i,j)表示权值，取W(i,j)=F(x,y)。

2.2 算法改进

在解决中断延时的问题时，配置DMA控制器为循环模式，并且利用ARM处理器对源数据进行光点检测，如果CPU处理不及时，数据存在覆盖的可能。在常规射击过程中，目标光点仅占据整个图像的很小部分像素点。相对于整幅图像，目标面积占据的比例是很小的，也就是说在进行地毯式检测时，大量数据检测都是无效的。为了提高ARM处理器对图像数据运算的速度，本文引入下采样的思想。本次设计采用一种简单下采样方法———最邻近采样法，该方法设计简单，运算速度快，效率高，但很容易产生图像的失真。对于光点图像，有效数据仅为有光点的区域。在其他无效数据之间产生的图像失真对于检测结果没有影响。在采样过程中，如果在检测到光点时转为逐行检测(如图3所示)，可以减小算法带来的图像失真，既可以提高数据处理速度，又不会影响光点的检测结果。

本文采用改进的最邻近下采样检测算法，将无光点像素的3×3像素区域用一个像素代替，光点像素保留原来大小，如图4所示。其中左图代表整个需要检测区域的像素个数，深灰色像素表示非光点像素，粉色像素表示光点像素。右图深灰色和粉色像素表示利用最近邻下采样法需要检测的像素个数。光点检测时首先进行行检测，由图可知，当处于非光点区域时，如果检测到此行第一个像素为非目标像素值，则跳过第二个和第三个像素，直接检测第四个像素，依此检测此行。当在此行没有检测到目标像素，则跳过此行下面两行，直接检测此行下面第三行。当检测到目标像素时，转换为逐列逐行检测，则整个粉色区域都在检测范围内，从而保持目标像素的完整性。

2.3 算法优化

采用最邻近下采样算法对光点图像进行光点检测时，用一个像素检测代替3×3像素区域的逐个像素检测，在数据处理速度上有了很大提升。但是仍然需要对整个图像进行处理。而且即使在检测到光点区域转换为逐行检测，由于光点形状并非完整的矩形，用一个非目标像素值代替的3×3像素区域可能包含有光点像素，使得检测结果存在一定的失真。传感器以50fps帧频进行采样，相邻帧之间的光点不会有大的跳跃且信号强度也不会突变，因此可以认为光点运动轨迹在空间是光滑的且强度变化在时间上也是连续的。这样在进行光点跟踪时，可以根据已经检测出来的目标信息位置实现实时跟踪，利用波门跟踪法得到目标位置信息。该方法不但可以避免背景的干扰，还可以缩短对全帧图像数据进行检测的时间。

波门是指包含检测光点的一个矩形区域。波门的位置由前一帧图像中检测到的光点位置决定的，波门的大小与光点的大小有关。根据这一原则可以采用自适应法确定波门的位置和大小。

第一帧图像的波门的中心位置由当前帧的光点中心位置决定，下一帧图像的波门中心采用线性预测的方法来计算。设f(k)、f(k-1)、f(k-2)，分别表示第k帧、第k-1帧、第k-2帧中光点的中心位置，则光点在下一帧的位置f(k+1)估计为:

波门大小取决于光点的大小和光点的移动速度，由于图像采集速率为50 fps，且在射击过程中为稳定瞄准状态，故可以认为相邻帧光点的移动距离不大。将求得的光点大小进行适当放大，就可以作为波门的大小。在实际使用过程中，可能会出现目标丢失的情况，对于这种情况，扩大波门大小或调整光点的估计方向重新进行运算。

采用波门跟踪法对连续帧图像进行处理时，只需处理图像有光点的几行数据，这样就可以节省ARM对数据进行读取和运算的时间，效果如图5所示。

加入波门跟踪优化后，整体算法流程如图6所示。

3 性能分析

3.1 内存优化

对于数据传输和存储问题，在内存优化之前，占用内存大小为640×480×2×2=1.2 MB,CPU再次初始化DMA时存在数据丢失，且CPU读取外部RAM数据的时间周期较长，且外部DA总线仅为16位，一次仅能读取2个字节数据。将内存优化之后，将一幅图像分割成10个部分，内存占有率仅为640×480×2/10=0.06 MB大小，采用环状内存设计无需再次初始化DMA，也就是说不存在数据丢失的情况，CPU读取内部RAM数据为0等待;内部DA总线为32位，一次可以读取4个字节的数据，经过测试，系统重新初始化一次DMA的时间约为200 ns，而读取一次外部内存数据的时间为17.8 ns，读取一次内部内存数据时间为5.9 ns，具体数据如表1所示。

3.2 光点检测

由于ARM内存的局限性，光点检测只能对指定时间段的数据进行处理，而无法对指定的数据量进行比较。在计算机上进行模拟运算，分别对10帧图像，100帧图像和300帧图像进行光点检测，得到的结果数据为如图7所示。

从数据的运算速度上来说，常用光点检测算法是光点像素检测最完整的方法，但是耗时太多，不能满足高速采集的时间要求。下采样方法速度较快，速率比较平稳，但是由于光点本身占有的像素值比较少，最近邻下采样可能造成数据的丢失而影响光点中心的计算，进而影响成绩的判断。波门跟踪算法运用相邻帧目标光点的连续性，只需对波门范围内像素进行检测，当小数据流时在运行时间上并不具有明显优势，但是对于大数据流就表现出了运行速度上的显著提升，并能保证光点像素都在波门检测范围之内使得检测结果不失真从而不影响射击成绩。

4 结语

本文就移动报靶系统的大型数据流，针对DMA控制中断处理延时的问题，设计采用内部环状内存来存储数据，解决了数据丢失的问题，并节省CPU读取数据时间。进行目标提取过程中，对比常用光点检测算法，尝试引进下采样思想提高处理速度，光点检测处理速度比原算法有一定的提高，但是存在一定的失真。根据被采集图像相邻帧的连续性，运用波门跟踪法预测下一帧图像光点的位置，减少数据运算量以提高CPU处理速度，能很好保证检测结果的准确性。理论和实验结果表明:本设计具有快速、稳定和有效等优点，能够满足移动胸环靶对实时图像进行处理的速度要求，并能给出实时轨迹数据和射击成绩。

摘要：针对移动报靶训练仪采集图像数据量大和与计算机通信流量大的问题,提出在嵌入式控制器中开辟内部环状内存的方法,以解决DMA传输数据时由于中断延时导致数据丢失的问题。通过图像处理方法对原始数据进行光点检测,将光点数据送给计算机进行后续处理,可以减少网络上的数据流量;结合下采样思想和波门跟踪算法进一步提高光点检测速度。实验证明这些方法能有效解决微型嵌入式控制器处理大型数据流的问题。

平衡训练仪 第5篇

《中国足球改革发展总体方案》的出台,为中国足球的全面崛起注入了新动力,同时也使我国校园足球的发展迎来了黄金机遇期,首批全国校园足球特色学校的出炉,构造了全面建设校园足球的新思路。而校园足球在进行全面建设的同时学生在校园足球训练和比赛中的安全问题日益凸显,尤其是在社会舆论方面,长期以来学生体育锻炼猝死类负面事件,使得家长对孩子参加体育锻炼心存芥蒂,进而大幅限制学生体育项目的选择和体育锻炼的时间,严重挫败了学生参与体育锻炼的主观能动性和积极性。运动心率仪作为一种人体生理机能客观评定工具,恰好能精准地解决这一问题,因为体育锻炼的安全性问题实质是体育教师与学生之间教学、训练的科学性问题,而体育教学、训练的科学性问题必须以人体机能实际客观数据指标为支撑。运动心率仪的运作原理是,通过心率反映人体在参加体育教学、训练中内部生理状态的变化并收录其原始数据,之后上传到大数据平台对其进行运动强度的客观分析整理,最后在结合个体实际训练中的主观感受,设定出个体在训练过程中的各个阶段心率最佳活动区间,达到学生在健康安全的前提下最大限度地提升足球教学、训练效率。

1 运动心率仪的操作构成及实用价值

1.1 运动心率仪的操作构成

运动心率仪大致由采集、分析、设置三部分组成,一是硬件采集传输,运动员通过在胸部佩戴心率传感带的同时左手腕部佩戴心率表两者协同采用心电图原理对运动员训练的各时段、各阶段心率进行采集;二是软件分析储存,心率表将自身采集的数据和心率带采集的数据一并输入到心率表中央处理器对训练各时段心率数据进行分类与储存,最后将其上传到计算机通过专业心率分析软件进行分析;三是设置心率最大区间即训练中心率安全区间,通过对运动员心率多次软件分析并结合其主观感受,因人而异设定个体训练心率最大波动区间,当个体训练中超过最大起伏区间时心率表就会发出警报提示减轻运动强度如图1。

1.2 运动心率仪的实用价值

运动心率仪的实际操作过程,以心率仪客观记录数据为主,并紧密结合被试对象的实验后即时主观感受,进而增加实验数据的真实性、全面性。心率仪的采集内容囊括足球训练的各个时段、阶段,采集量包括被试对象训练从最低心率到最高心率的变化及其对应的时间段,训练中练习、休息的心率变化,训练后心率回归静息变化等等,这些采集量间接地反映出训练当中运动负荷(运动强度、运动量、练习与休息)设置问题以及每个学生个体所能承受运动负荷的心率范围,包括最大承受区间、最佳承受区间。体育教师或者足球教练员将这些数据上传到计算机并通过专业心率分析软件进行整合分析,进一步整改训练中的具体细节包括教学与练习的次数设置、时间分配,练习中组数、力度、强度设置,练习与休息的时间设置以及各个教学部分间的衔接与过渡等等。

2 运动心率仪对发展校园足球的推动价值

2.1 校园足球人才培养方面

如今,校园足球正在国家政策的大力扶持下如火如荼地开展,我们更需注重作为校园足球根基性环节的校园足球训练,因为校园足球拥有广阔的青少年足球运动员市场,它的训练效率和水平的高低将直接影响整个国家青少年足球后备梯队竞技水平高低,所以它对校园足球乃至中国足球能否科学、安全、稳固、持久发展起着关键性的支撑作用。如果说校园足球是中国足球崛起的动力,那么科学、安全的足球训练就是校园足球蓬勃发展的动力。建立相对稳定、系统、安全的足球训练体系和内容,在组织运动员科学、系统训练的同时保障了运动员基本的健康和安全,从而间接地延长了足球运动员足球生涯和最佳竞技年限,使得本国足球在足球后备人才梯次培养环节有序衔接,优秀球员源源不断,从而长久屹立于世界足球之巅。

2.2 校园足球社会支持

《中国足球改革方案》的出台使得全社会的目光开始投向足球这项长期以来在中国体育领域饱受争议的运动项目,尤其是与老百姓息息相关的校园足球首当其冲,因为其子女在校体育锻炼的安全性尤其是足球训练和比赛得到国家全力支持和保障,如通过运动心率仪科学控制、保障学生足球训练生命安全的同时能够在足球运动中大幅提升体质、心理健康水平以及与同辈群体的团队协作能力,以更加充沛的体力投身于学习,从而有利于消除孩子体育锻炼与文化学习相冲突的长期误解,取而代之的是主动以身作则和积极引导孩子参与到足球锻炼中去,带领孩子参加运动,做孩子的家庭体育锻炼启蒙导师,培养孩子良好的体育锻炼习惯。

3 从运动心率监控看校园足球训练中存在的问题

校园足球历经6年的发展已初具规模,但在足球教学、训练方面还停滞在传统教学方式,突出表现为体育教师对整堂课运动负荷的控制不够精确,运动负荷设置不能够因人而异,可能导致学生在训练中出现过度疲劳、心率过速等安全问题,在影响学生掌握足球技能的同时波及下一阶段的学习生活。而在社会经济发展新常态和互联网大数据的背景下,国家为校园足球的发展提供了政策支持和大数据网络科技服务两大支撑平台,尤其是在影响足球技能掌握熟练程度的训练方法、手段方面潜藏着巨大发展契机,倘若利用科学仪器、设备如运动心率仪、心率表对校园足球开展训练全时段监控,体育教师能够及时准确利用科学仪器采集的训练中学生个体客观数据,进而对训练过程进行精准调控,使学生达到运动技能和学习兴趣双重提升的效果。

4 结论与建议

4.1 结论

综上所述,就我国当下校园足球训练中的安全和运动负荷控制而言,运动心率仪应用于校园足球训练监控的训练价值和安全价值较大,通过以心率监控为切入点,以学生生理机能适应变化规律为出发点,运用科学仪器间接地对校园足球训练中的运动负荷进行干预监控,从学生机体内部生理机能角度,去探索掌握每个学生在足球训练中身体机能最适变化幅度(如心率变化最佳区间),达到从人体生理机能角度去提升学生足球技能水平。

4.2 建议

4.2.1 主导层面

作为足球训练心率监控的主导——体育教师或足球教练员,如果能通过学生训练中心率变化数据即时接收平台,并将所接受的数据汇集到体育教师终端显示设备上,使体育教师能够通过该设备第一时间了解每个学生在训练全程当中心率变化,可以促使体育教师密切关注某个学生身体状态和运动强度并及时做出调整。

4.2.2 主体层面

校园足球心率监控的主体——学生,在足球训练中进行身体机能客观数据的及时收集,如学生在某个训练动作、时段、练习与休息等环节出现心率不适等情况的即时记录,对学生训练不适的自我感觉第一时间准确记录,在训练结束后结合其客观心率数据进行整合分析,建立学生足球训练个体虚拟档案,起到因人而异地完善足球训练方案的作用。

4.2.3 管理层面

由于我国校园足球训练监控还处于起步阶段,缺乏相应的科学操作规范,应当设立校园足球训练科研机构,对日常校园足球训练监控数据包括心率监控和学生足球训练个体虚拟档案等,进行科学分析,探究适合于我国青少年的足球训练监控模式,最终为我国校园足球的长久发展树立科学、系统、切实的保护屏障。

摘要：校园足球是中国足球全面重建的基础,而校园足球训练的科学与安全,将决定校园足球能否稳固而长久地发展,对校园足球训练进行精准客观的监测和控制,将有利于未来我国校园足球扎实发展和促进中国足球全面崛起。本文立足于当前校园青少年足球训练,以足球训练的安全性和负荷控制为出发点,以运动心率仪为切入点,在分析运动心率仪构成和运行原理的基础上,全面探究运动心率仪对当前我国校园足球训练的安全性和负荷控制的应用价值。

关键词：运动心率仪,校园足球,训练监控,应用价值

参考文献

[1]陈超,刘丹.中国国家女子足球队运动员比赛心率特征研究[J].体育科学,2010,30(5):33-48.

[2]李建军,王前进.足球运动训练监控体系不足及理论构建与完善[J].沈阳体育学报,2011,30(6):121-129.

[3]陈广红.青少年女子足球运动员运动负荷监控与测评[J].中国体育教练员,2014,(3):49-50.

平衡训练仪 第6篇

特点:

(1) 基于最新平板电脑或移动上网本, Window XP操作系统;

(2) 超级DSP智能传感器, USB接口;

(3) 带ISO-10816的振动分析诊断仪。选择机器类型、测量速度或位移后, 直接用红黄绿灯显示设备健康评价结论;

(4) 带平均功能的连续测量可以得到更精确的频谱;

(5) 可以自定义时间间隔的长期数据记录功能 (>30GB存储量) ;

(6) 带路径管理的全功能数据采集器, 无限量测点数目;

(7) 400～1 600线分辨率频谱, 频程100Hz、200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz;

(8) 全功能单双面动平衡仪 (可选) , 一屏显示, 一目了然;

(9) 内置状态监测软件MCM3, 故障诊断专家系统软件SDES;

(10) 用包络解调检测诊断轴承齿轮故障, 直接红黄绿灯报警;

(11) 可选转速测量、相位测量与诊断;

(12) 直接连接打印机打印各种报告;

(13) 可选GPS全球定位系统。

技术指标:

(1) 频率范围10～5 000Hz;

(2) 转速测量范围 (可选) 60～24 000r/min;

(3) 振动测量和频谱分析的最大量程和最高分辨率 (表1) ;

(4) 振动测量精度5%, 信号动态范围72dB;

(5) 8阶椭圆抗混滤波;

(6) 单通道振动测量, 12位AD采样;

(7) 可充电池供电, 连续工作3h, 电池极易更换;

平衡训练仪 第7篇

特点:

(1) 基于最新平板电脑或移动上网本, Window XP操作系统;

(2) 超级DSP智能传感器, USB接口;

(3) 带ISO-10816的振动分析诊断仪。选择机器类型、测量速度或位移后, 直接用红黄绿灯显示设备健康评价结论;

(4) 带平均功能的连续测量可以得到更精确的频谱;

(5) 可以自定义时间间隔的长期数据记录功能 (>30GB存储量) ;

(6) 带路径管理的全功能数据采集器, 无限量测点数目;

(7) 400～1 600线分辨率频谱, 频程100Hz、200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz;

(8) 全功能单双面动平衡仪 (可选) , 一屏显示, 一目了然;

(9) 内置状态监测软件MCM3, 故障诊断专家系统软件SDES;

(10) 用包络解调检测诊断轴承齿轮故障, 直接红黄绿灯报警;

(11) 可选转速测量、相位测量与诊断;

(12) 直接连接打印机打印各种报告;

(13) 可选GPS全球定位系统。

技术指标:

(1) 频率范围10～5 000Hz;

(2) 转速测量范围 (可选) 60～24 000r/min;

(3) 振动测量和频谱分析的最大量程和最高分辨率 (表1) ;

(4) 振动测量精度5%, 信号动态范围72dB;

(5) 8阶椭圆抗混滤波;

(6) 单通道振动测量, 12位AD采样;

(7) 可充电池供电, 连续工作3h, 电池极易更换;

(8) 主机体积190mm120mm28mm, 重量880g起 (含传感器) 。

平衡训练仪 第8篇

特点:

(1) 基于最新平板电脑或移动上网本, Window XP操作系统;

(2) 超级DSP智能传感器, USB接口;

(3) 带ISO-10816的振动分析诊断仪。选择机器类型、测量速度或位移后, 直接用红黄绿灯显示设备健康评价结论;

(4) 带平均功能的连续测量可以得到更精确的频谱;

(5) 可以自定义时间间隔的长期数据记录功能 (>30GB存储量) ;

(6) 带路径管理的全功能数据采集器, 无限量测点数目;

(7) 400～1 600线分辨率频谱, 频程100Hz、200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz;

(8) 全功能单双面动平衡仪 (可选) , 一屏显示, 一目了然;

(9) 内置状态监测软件MCM3, 故障诊断专家系统软件SDES;

(10) 用包络解调检测诊断轴承齿轮故障, 直接红黄绿灯报警;

(11) 可选转速测量、相位测量与诊断;

(12) 直接连接打印机打印各种报告;

(13) 可选GPS全球定位系统。

技术指标:

(1) 频率范围10～5 000Hz;

(2) 转速测量范围 (可选) 60～24 000r/min;

(3) 振动测量和频谱分析的最大量程和最高分辨率 (表1) ;

(4) 振动测量精度5%, 信号动态范围72dB;

(5) 8阶椭圆抗混滤波;

(6) 单通道振动测量, 12位AD采样;

(7) 可充电池供电, 连续工作3h, 电池极易更换;

(8) 主机体积190mm120mm28mm, 重量880g起 (含传感器) 。