基于足底压力分布的足部运动特征提取方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法及系统，该方法为：获取足底压力原始数据图，并对足底压力原始数据图进行预处理；对预处理后的足底压力原始数据图进行切片以及统计分析，得到每个切片的压力峰值和压力均值；对重构的足迹图进行区域划分，提取出足底压力信息有效块；根据得到的每个切片的压力峰值和压力均值对足底整体以及各有效块绘制压力峰值和压力均值曲线；根据足底整体以各有效块的压力峰值和压力均值曲线分析出足部运动特征。该方法简单，通过对足底压力数据进行分析，可以解决运动时脚步的分解问题，可以完成对足底压力数据的准确获取以及足底压力数据的分析，并对脚步运动进行特征分解。

【技术实现步骤摘要】
基于足底压力分布的足部运动特征提取方法及系统
本专利技术涉及足部运动特征领域，具体涉及一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法及系统。
技术介绍
随着大数据的迅速发展，智能化已逐渐深入人们的生产和生活。同时随着人们对自身的深入研究，越来越多的专家学者开始结合生物力学来达到认识自身、改善自身的目的。现代社会，人们更加关注运动残疾人和老年人的生活状态，通过评定他们的日常生活活动能力，展开一定的康复训练，研究出使之恢复运动能力的技术或者可协助他们完成日常各种动作的辅助工具。走路这项活动看似简单，但需要人体合理调控运动系统、神经系统、感官系统等才能完成，包含着丰富生物力学知识，而足底压力则是表征肢体运动功能的一个重要参数。足底压力不仅能够反映足部受力情况，也隐藏着人体健康的信息。利用足底压力探究临床医疗诊断的研究早己开始，并逐步发展到更多的领域，如康复评估、体育训练、鞋类制造等，足底压力的研究均体现出了重要的实用价值。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法及系统。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,包括以下几个步骤：S1，在足底安装压力传感器，获取足底压力原始数据图，并对足底压力原始数据图进行预处理；S2，对预处理后的足底压力原始数据图进行切片以及统计分析，以设定数量的切片为间隔对足底足迹进行重构，并计算重构的足迹图中每个切片的压力峰值和压力均值；S3，对重构的足迹图进行区域划分，提取出足底压力信息有效块；S4，根据步骤S2中得到的每个切片的压力峰值和压力均值对足底整体以及各有效块绘制从足底开始落地到整只脚抬起的过程中压力峰值和压力均值曲线；S5，根据足底整体以各有效块的压力峰值和压力均值曲线分析出足部运动特征，并分为四个阶段：着地阶段、整足接触阶段、脚跟踮起阶段以及离地阶段。该方法简单，通过对足底压力数据进行分析，可以解决运动时脚步的分解问题，可以完成对足底压力数据的准确获取以及足底压力数据的分析，并对脚步运动进行特征分解。该方法的优选方案：所述步骤S2具体为：从足底开始落地到整只脚抬起的过程中，将预处理后的足底压力原始数据分为N个切片，提取N个切片中第Y*M个切片对足底足迹进行重构，得到N/M个不同切片的足迹图，对重构后的足迹图的每个切片的压力峰值点进行定位，每个切片的压力峰值点为该切片中的所有压力峰值点均值坐标，压力均值点为当前切片有效区域的压力均值，即压力总值/压力点数,其中，N、M均为正整数，且N为M的倍数，Y为1与N/M之间的正整数。这能有效、快速、准确的得到每个切片的压力峰值和压力均值，同时这里对不同的阶段的足迹进行重构，目的是减小计算数据量，同时也可得到不同阶段压力数据的分布区域，能为足部特征提取压力传感器的安装方式的依据，同时也为了更好的对足部运动特征进行分析，获得每个阶段的足迹图，根据不同阶段的足迹图，获得每一个阶段相应的压力数据分布特征，并结合足部运动规律，提取每一个阶段压力分布的特征，有利于分析判断出足部运动特征。该方法的优选方案：有效块的提取方法为：对足底不同区域的图像进行重构：采用图像处理中的图像分割法对图像进行分割，还原出每一个区域的足迹图；对分割的图像块进行矩阵块提取：对重构后的图像进行连通区域处理，然后映射到原始足迹中，得到相应的矩阵块；结合图像块以及矩阵块重现在足底足迹中，得到足迹各区域分割效果，即得到有效块。这能快速准确的对有效块进行提取。该方法的优选方案：所述步骤S3具体为：在采集到的压力原始数据中，提取脚趾块、跖骨块、足弓部块和脚跟块作为足底压力信息有效块。这既能满足足底数据采集的准确性要求，又能够减少数据冗余量以及分析复杂度。该方法的优选方案：步骤S5中各阶段的分析方法为：着地阶段：脚跟区域压力峰值不为0，足弓部区域、跖骨区域、脚趾区域压力峰值均为0；整足接触阶段：开始时脚跟区域压力峰值不为0，随着跖骨区域、足弓部区域、脚趾区域依次从0变化至全部为非0，直到脚跟区域的压力峰值为0；脚跟踮起阶段：脚跟区域压力峰值为0，足弓部区域、跖骨区域、脚趾区域压力峰值均不为0，且各区域压力峰值满足以下关系：跖骨区域>脚趾区域>足弓部区域>脚跟区域＝0；离地阶段：脚跟区域、足弓部区域、跖骨区域、脚趾区域压力峰值均为0。这能准确的分析出足部运动时的着地阶段、整足接触阶段、脚跟踮起阶段以及离地阶段。该方法的优选方案：步骤S1中在足底安装压力传感器时，分别在足底的脚跟区域、足弓部区域、跖骨区域、脚趾区域设置压力传感器。该传感器布局方式，在减小足底压力数据获取和传输过程中产生的误差的影响的同时，还可以减少数据的冗余。本专利技术还提出了一种足部运动特征提取系统，包括设置于足底的压力传感器单元、与所述压力传感器单元输出端连接的信号处理单元以及连接于所述数据处理单元输出端的分析单元，所述分析单元按上述的方法对足部运动特征进行提取。该足部运动特征提取系统结构简单，能快速、准确的对足部运动特征进行提取。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是足部运动特征提取方法流程图；图2是小波去噪流程图；图3是单脚足迹切片图；图4是单脚压力压力峰值曲线图；图5是整体和各区域压力峰值变化图；图6是脚趾区域分割效果；图7是跖骨区域分割效果；图8是足弓区域分割效果；图9是脚跟区域分割效果；图10是足底区域划分图；图11是传感器安装方法示意图；图12是整体和各区域压力均值变化图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。如图1所示，本专利技术提供了一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,该方法通过对足底压力数据进行分析，可以解决运动时脚步的分解问题，可以完成对足底压力数据的准确获取以及足底压力数据的分析，并对脚步运动进行特征分解，具体包括以下几个步骤：S1，在足底安装压力传感器，获取足底压力原始数据图，并对足底压力原始数据图进行预处理。足底压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,其特征在于，包括以下几个步骤：/nS1，在足底安装压力传感器，获取足底压力原始数据图，并对足底压力原始数据图进行预处理；/nS2，对预处理后的足底压力原始数据图进行切片以及统计分析，以设定数量的切片为间隔对足底足迹进行重构，并计算重构的足迹图中每个切片的压力峰值和压力均值；/nS3，对重构的足迹图进行区域划分，提取出足底压力信息有效块；/nS4，根据步骤S2中得到的每个切片的压力峰值和压力均值对足底整体以及各有效块绘制从足底开始落地到整只脚抬起的过程中压力峰值和压力均值曲线；/nS5，根据足底整体以各有效块的压力峰值和压力均值曲线分析出足部运动特征，并分为四个阶段：着地阶段、整足接触阶段、脚跟踮起阶段以及离地阶段。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,其特征在于，包括以下几个步骤：
S1，在足底安装压力传感器，获取足底压力原始数据图，并对足底压力原始数据图进行预处理；
S2，对预处理后的足底压力原始数据图进行切片以及统计分析，以设定数量的切片为间隔对足底足迹进行重构，并计算重构的足迹图中每个切片的压力峰值和压力均值；
S3，对重构的足迹图进行区域划分，提取出足底压力信息有效块；
S4，根据步骤S2中得到的每个切片的压力峰值和压力均值对足底整体以及各有效块绘制从足底开始落地到整只脚抬起的过程中压力峰值和压力均值曲线；
S5，根据足底整体以各有效块的压力峰值和压力均值曲线分析出足部运动特征，并分为四个阶段：着地阶段、整足接触阶段、脚跟踮起阶段以及离地阶段。


2.根据权利要求1所述的基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,其特征在于，所述步骤S2具体为：从足底开始落地到整只脚抬起的过程中，将预处理后的足底压力原始数据分为N个切片，提取N个切片中第Y*M个切片对足底足迹进行重构，得到N/M个不同切片的足迹图，对重构后的足迹图的每个切片的压力峰值点进行定位，每个切片的压力峰值点为该切片中的所有压力峰值点均值坐标，压力均值点为当前切片有效区域的压力均值，即压力总值/压力点数,其中，N、M均为正整数，且N为M的倍数，Y为1与N/M之间的正整数。


3.根据权利要求1所述的基于足底压力分布的足部运动特征提取方法,其特征在于，有效块的提取方法为：
对重构的足迹图中不同区域的图像进行重构：采用图像处理中的图像分割法对图像进行分割，还原出每一个区域的足迹图；
对分割的图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：向长城，宋礼文，陈世强，邱达，刘嵩，
申请(专利权)人：湖北民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42