一种人体步态采集与分析系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种人体步态采集与分析系统及方法，包括步态信息采集系统，步态信息采集系统由嵌入式摄像头和计算机分析装置组成，嵌入式摄像头采集步态图像信息并传输至计算机分析装置进行分析处理，本发明专利技术通过下肢关节点定位，在人体下肢多个关节点处粘贴标记点。同时，利用嵌入式摄像头获取步态数据，并且提取出标记点的坐标。将步态数据导入到数据处理软件Processing中对数据进行可视化处理，得到一个完整步态周期内的运动轨迹棍棒图像和角度信息；本发明专利技术的步态信息采集系统能够很好捕捉人体行走过程中的步态参数。

【技术实现步骤摘要】
一种人体步态采集与分析系统及方法
本专利技术涉及人体步态采集分析
，具体为一种人体步态采集与分析系统及方法。
技术介绍
步态是人类步行的行为特征，受到年龄、性别、教育和生活习惯等因素影响，也受到各种疾病的影响。步态分析是研究步行规律的检查方法，通过生物力学和运动学的手段揭示步态异常的影响因素，从而可以指导康复评估和异常步态的临床诊断等。步态研究不仅在医学上成果显著，还可应用在步态识别、双足机器人开发等实际应用中；步态分析是检查人类行走过程中步态情况的方法，目的主要是为了阐述步态的内在规律。通过测量得到人体步行过程中的各种参数，再对数据定量分析，得出结论，对被测者的步行能力进行评定。十九世纪时国外就出现了步态分析这个概念，二十世纪中期步态分析开始发展，我国在上个世纪80年代也开始了对步态的研究。近年来，对步态分析的研究一直在逐步深入，因为步态分析具有非常广阔的应用前景，在很多领域都能占有一席之地。在临床上，步态分析可以进行异常步态的评估，判断步态异常的类型，也可以协助制定手术方案；在康复医学上，步态分析可以评价康复效果，患者对假肢是否适应，假肢的进一步改良；在安全领域，可以应用在对特定人的定位，对进出特定场所的人的身份进行识别。随着科学水平的迅速发展，在计算机仿真、机械学、生物学、解剖学等领域有了飞跃性的发展，这大大的推动了步态分析的研究。近几十年来，人们对运动行为的产生机制进行了更加深入的分析和了解，对步态运动的研究也相应产生了多方面的发展。随着对步态研究的深入开展，步态研究被应用到了很多的方面，对于脑瘫等神经受损导致的步态异常和关节疾病等造成的步态异常的治疗技术和方法突飞猛进，同时还将步态研究运用到了步态识别、机器人等实际应用中去。现有技术中步态分析一般采用如下几种分析方法：传统的步态分析方法、基于图像与视频信息的步态分析系统、基于压力信息的步态分析系统、基于肌电信号的步态分析系统、基于声学信号的步态分析系统、基于微型电机系统的穿戴式步态分析系统、基于多传感器融合的步态分析系统，而以上这个分析系统均操作复杂，检测成本高，不利于推广使用，因此，有必要进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种人体步态采集与分析系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种人体步态采集与分析系统，包括步态信息采集系统，所述步态信息采集系统由嵌入式摄像头和计算机分析装置组成，所述嵌入式摄像头采集步态图像信息并传输至计算机分析装置进行分析处理。优选的，所述嵌入式摄像头内核是STM32F765ARMCortexM7；摄像头采用OV7725摄像头芯片。优选的，所述计算机分析装置中采用的数据分析软件是Processing。优选的，其使用方法包括以下步骤：A、采集前准备；B、步态图像采集；C、步态图像数据处理；D、步态分析。优选的，所述步骤A中具体操作为：图像采集在室内进行，保证室内光线充足，实验背景同色系无杂色；受试者穿着灰黑色紧身裤，将受试者的右侧下肢的髋关节、膝关节和踝关节处使用蓝、黄、红三种不同的颜色进行标记；将摄像头放置在设置好的场地的中央。优选的，所述步骤B中具体为：将嵌入式摄像头放置在实验场地中央，根据受试者的高度和受试者一个完整步态周期的距离进行调整摄像头的高度和受试者的距离，保证在受试者测试过程中可以完整的拍摄到受试者下肢的标记点。优选的，所述步骤C中具体操作为：将识别出错或者同时多次识别的坐标手动排除，嵌入式摄像头输出的数据中每三个坐标为一组，保证数据处理程序Processing顺利运行；将处理过的数据导入Processing中编写程序，利用嵌入式摄像头颜色追踪髋关节、膝关节、踝关节得到的一系列坐标，在同一时刻内的三个坐标为一组，生成简单的由多个关节点和大小腿组成的下肢模型，并输出髋关节和膝关节的角度。优选的，所述步骤D具体为：通过processing将得到的步态数据进行处理，建立一个的简单的单侧下肢模型，可以看到受试者的步行过程，还得到了下肢髋关节和膝关节步时的角度，由此可以判断关节是屈曲还是伸展，分别得到髋关节、膝关节、踝关节的运动轨迹。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过下肢关节点定位，在人体下肢多个关节点处粘贴标记点。同时，利用嵌入式摄像头获取步态数据，并且提取出标记点的坐标。将步态数据导入到数据处理软件Processing中对数据进行可视化处理，得到一个完整步态周期内的运动轨迹棍棒图像和角度信息；本专利技术的步态信息采集系统能够很好捕捉人体行走过程中的步态参数。附图说明图1为本专利技术系统原理图；图2为本专利技术分析流程图；图3为本专利技术实验下肢模型图；图4为本专利技术受试者正常行走髋关节轨迹示意图；图5为本专利技术受试者正常行走髋关节角度示意图；图6为本专利技术受试者正常行走膝关节轨迹示意图；图7为本专利技术受试者正常行走膝关节角度示意图；图8为本专利技术受试者正常行走踝关节轨迹示意图；图9为本专利技术受试者正常行走关节轨迹示意图；图10为本专利技术受试者正常行走步态轨迹示意图；图11为本专利技术受试者迈出一步后髋关节轨迹示意图；图12为本专利技术受试者迈出一步后膝关节轨迹示意图；图13为本专利技术受试者迈出一步后踝关节轨迹示意图；图14为本专利技术受试者迈出一步后关节轨迹示意图；图15为本专利技术受试者迈出一步后髋关节角度示意图；图16为本专利技术受试者迈出一步后膝关节角度示意图；图17为本专利技术受试者迈出一步后步态轨迹示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-2，本专利技术提供一种技术方案：一种人体步态采集与分析系统，包括步态信息采集系统，所述步态信息采集系统由嵌入式摄像头1和计算机分析装置2组成，所述嵌入式摄像头1采集步态图像信息3并传输至计算机分析装置2进行分析处理；其中，嵌入式摄像头内核是STM32F765ARMCortexM7；摄像头采用OV7725摄像头芯片。计算机分析装置中采用的数据分析软件是Processing。Processing是目前新兴的一种计算机语言，Processing有自己独立的开发环境IDE，包含代码编辑区、运行起始键、报错区、模式添加和程序运行窗口，简洁直观。使用者只要直接在代码区编写代码，然后立即运行就能在程序运行窗口看到处理效果，并进行修改。在Processing中是用的是Java语言，也可以在右上角添加模式，使用其他语言进行编写。Processing的源代码是开放的，可以进行资源共享，Processing的功能十分强大，可以使用Processing进行算法绘图，进行数据可视化，构建模型，创造各种视觉艺术和交互效果。Processing用一种更生动、更有设计感的处理方式对数据进行了可视化。本专利技术中使用Processing对采集到的步态数据进行了分析处理，使其更加生动直观。本专利技术的使用方法包括以下步骤：A、采集前准备；B、步态图像采集；C、步态图像数据处理；D、步态分析。其中，步骤A中具体操作为：图像采集在室内进行，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体步态采集与分析系统，包括步态信息采集系统，其特征在于：所述步态信息采集系统由嵌入式摄像头(1)和计算机分析装置(2)组成，所述嵌入式摄像头(1)采集步态图像信息(3)并传输至计算机分析装置(2)进行分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种人体步态采集与分析系统，包括步态信息采集系统，其特征在于：所述步态信息采集系统由嵌入式摄像头(1)和计算机分析装置(2)组成，所述嵌入式摄像头(1)采集步态图像信息(3)并传输至计算机分析装置(2)进行分析处理。2.根据权利要求1所述的一种人体步态采集与分析系统，其特征在于：所述嵌入式摄像头内核是STM32F765ARMCortexM7；摄像头采用OV7725摄像头芯片。3.根据权利要求1所述的一种人体步态采集与分析系统，其特征在于：所述计算机分析装置中采用的数据分析软件是Processing。4.实现权利要求1所述的一种人体步态采集与分析系统的使用方法，其特征在于:其使用方法包括以下步骤：A、采集前准备；B、步态图像采集；C、步态图像数据处理；D、步态分析。5.根据权利要求4所述的一种人体步态采集与分析系统的使用方法，其特征在于:所述步骤A中具体操作为：图像采集在室内进行，保证室内光线充足，实验背景同色系无杂色；受试者穿着灰黑色紧身裤，将受试者的右侧下肢的髋关节、膝关节和踝关节处使用蓝、黄、红三种不同的颜色进行标记；将摄像头放置在设置好的场地的中央。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊，沈晓燕，万晶，缪丹尼，鞠峰，陶春伶，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32