睡姿已经被证明是评估睡眠质量与预防褥疮的关键。通过睡姿调整可以有效地预防褥疮，但目前大多数患者得不到有效护理，因此，患者与护理人员都迫切需要一个可以自主监测与识别睡姿的系统。

传统的睡姿识别系统主要使用相机采集信息，如使用摄像机获取人体的静态睡姿与动态视频，采用水平集方法与神经网络识别睡姿。但这种基于视觉的方式容易受到光线的影响且存在严重的隐私隐患。也有基于生物电阻抗技术的睡姿识别方法，对4 种睡姿进行了识别，准确率可达 94 % ，但传感器必须固定在人体上，带来极大的束缚感。

近几年，无束缚的睡姿识别成为了主要的应用方向。在睡姿识别领域中，以无束缚的方式实现高精度识别是目前面临的主要挑战，为了解决这个问题，基于阵列式柔性压力传感器设计的睡姿采集系统，可以采集了多种睡姿的静态压力图像，由压阻型柔性压力传感器组成的阵列具有明显应用电路简单、低沉本等优势。

01柔性压力传感器

使用柔性电阻式压力传感器采集人体睡姿，其结构原理如图所示，该传感器采用阵列式结构，由柔性材料制成，用于感知物体表面作用力大小的柔性电子器件。其通过贴附于各种不同物体的表面，来感受物体的压力变化。

柔性压力传感器除了具有刚性压力传感器的特点外，还具有良好的延展性、透明性、柔韧性，可自由弯曲折叠且方便穿戴或贴合物体表面，能够快速、高效以及准确地感应到物体所受的压力变化，在医疗健康、机器人“皮肤”、智能运动、智能家居以及生物力学领域有着广泛的应用前景。

▲柔性压力传感器基本设计

02睡姿采集系统

基于柔性压力传感器的数据输出，需要设计相对应的可实时显示并识别监测睡姿的采集系统。该系统由压力传感器、数据采集卡以及上位机组成，由多只传感器组成可以获取完整的人体睡姿传感采集区域，人员躺在床单上，即可实现无束缚、无干扰的睡姿图像采集。

▲睡眠系统结构原理及采集实例演示

▲柔性压力传感器应用于睡眠监测

03睡姿识别效果

传感器采集到数据传输给采集卡，形成的睡姿图像识别中，图像的质量决定了识别的准确率。利用静态压力图像进行睡眠姿势分类时，图像中噪声引起的孤立点、肢体与躯干连接处的不确定性都是识别睡姿特征的技术难点。因此，需要对睡姿灰度图进行预处理以提高识别准确率。因此需要更高效的算法处理来调整睡姿图像中的小孔和弥合裂缝，使人体的肢体连接更加紧密，使人体四肢更加分明。

▲部分图像睡姿及样本演示图

柔性压力传感器组成的阵列加上合适的算法识别系统，可以做到监测与识别患者的睡姿的目的，这一基于柔性压力传感器阵列的睡姿采集系统可以实现无束缚人体睡姿的采集及识别。

柔性压力传感器具有使用限制范围小、灵敏度、精确度高等特点，因此均可适用于智能家纺产品尤其是智能床垫中，如睡眠监测、离床检测、电热毯感应开关等。柔性压力传感器结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对特殊环境与特殊信号进行精确快捷测量，解决了传感器的小型化、集成化、智能化发展问题，新型柔性压力传感器在离床检测、着床监护中有着重要作用。

在生物医疗以及人机交互方面，经常需要采集大规模的阵列压力信号，和单个传感器相比，多个传感器组成的阵列具有许多的优势， 因此可以大规模制备的柔性传感阵列具有很大的优势。

排版 | 慧闻科技

文字图片 | 部分来源于网络（侵删）