基于足底压力分布的步态识别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步态识别方法及系统，该方法为：采集原始双足足底压力数据并对其进行处理；对处理后的双足足底压力数据按阶段进行重构；将按阶段进行重构的双足足底压力数据通过图像处理的方法重构为足迹图像；对重构得到的足迹图像中每个切片的压力峰值、压力均值以及压力中心进行分析，得到压力中心cop曲线；根据cop曲线得到足底两侧的压力差；分别对左、右两足足底内侧从足跟方向沿足趾方向做切线，得到两条切线，记录两条切线之间的夹角形态及度数；然后对步态进行识别并分析偏角严重程度。本方法能准确有效地对内八字脚步态、外八字脚步态或正常步态进行识别。

【技术实现步骤摘要】
基于足底压力分布的步态识别方法及系统
本专利技术涉及步态识别领域，具体涉及一种基于足底压力分布的步态识别方法及系统。
技术介绍
随着AI算法精度的持续提升以及应用场景的大量爆发，作为应用场景广泛的生物识别代表性技术--人脸识别的落地应用已呈“燎原之势”。然而，人脸识别对外界环境的要求仍相对苛刻，尤其在大规模人流密集场所，光线、遮挡、安装角度、配合程度等因素都会影响到人脸识别的精准度。同样作为人流密集场所下用于身份认证的生物识别技术，步态识别则以其识别距离远、应用范围广、无需配合等应用优势，可以很好的弥补人脸识别所存在的应用缺陷，由此也逐渐受到越来越多的关注。而步态识别是一种新兴的生物特征识别技术，旨在通过人们走路的姿态进行身份识别，与其他的生物识别技术相比，步态识别具有非接触远距离和不容易伪装的优点。
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步态识别方法及系统。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步态识别方法，包括以下步骤：S1，在双足足底布置压力传感器用于采集双足足底压力信息；S2，采集原始双足足底压力数据；S3，对原始双足足底压力数据进行处理；S4，对处理后的双足足底压力数据按阶段进行重构；S5,将按阶段进行重构的双足足底压力数据通过图像处理的方法重构为足迹图像；S6，对步骤S5中重构得到的足迹图像中每个切片的压力峰值、压力均值以及压力中心进行分析，其中压力中心坐标为当前切片的压力均值的中心坐标，并将重构的足迹图像中每个切片的压力中心点连接起来，得到压力中心cop曲线；S7，以cop曲线为边界，将足底分为左右两个部分，计算这两部分的压力，即内侧压力P内和外侧压力P外，得到足底两侧的压力差；分别对左、右两足足底内侧从足跟方向沿足趾方向做切线，得到两条切线，记录两条切线之间的夹角形态及度数；S8，根据足底两侧的压力差、夹角形态及夹角度数，对步态进行识别，分析得到当前步态为内八字脚步态、外八字脚步态或正常步态，以及内八字脚步态、外八字脚步态的严重程度。本方法通过对人体的足底压力数据，通过重构足迹，进而得出运动时的两足之间的夹角以及足底两侧的压力差，最终对不同的脚型进行分类，该方法能准确有效地对内八字脚步态、外八字脚步态或正常步态进行识别。该方法的优选方案：所述步骤S1中在双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。该方法的优选方案：所述所述步骤S4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，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。这有效减少计算量,提高分析速度。该方法的优选方案：所述步骤S6中压力峰值点和压力均值点的分析方法为：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，这能有效、快速、准确的分析压力峰值和压力均值。该方法的优选方案：所述步骤S8具体为：当夹角的右脚切线位于夹角左边和/或夹角的左脚切线位于夹角的右边时，此时初步判断为内八字步态；当夹角的右脚切线位于夹角右边和/或夹角的左脚切线位于夹角的左边时，此时初步判断为外八字步态；设正常步态时两切线之间的夹角为θ，初步判断为内八字脚步态时两切线之间的夹角为α，初步判断为外八字脚步态时两切线之间的夹角为β；设置夹角阈值为Δθ，足底两侧的压力差阈值为ΔP；当α-θ>Δθ且P内-P外>ΔP时,则为内八字脚步态；当θ-β>Δθ且P外-P内>ΔP时,则为外八字脚步态；当上述两条件均不满足时，则为正常步态。这能快速的对步态进行识别。该方法的优选方案：当Δθ≤φ°，ΔP＝ω时，为轻度偏角，当φ°≤Δθ≤ψ°，ΔP＝ω时，为中度偏角，当Δθ>ψ°，ΔP＝ω时，为重度偏角。这能快速判断内八字脚步态、外八字脚步态的严重程度。本专利技术还提出了一种步态识别系统，包括设置于双足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识别单元，所述识别单元按上述的方法对步态进行识别。该步态识别系统结构简单，能快速、准确的对步态进行识别。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是步态识别方法流程图；图2是足底区域划分图；图3是COP曲线图；图4是正常足夹角示意图；图5是内八字脚步态夹角示意图；图6是外八字脚步态夹角示意图。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步态识别方法，旨在通过对人体的足底压力数据，通过仿真实验还原足迹，进而得出运动时的偏角，最终对不同的脚型进行分类，具体包括以下步骤：S1，在双足足底布置压力传感器用于采集双足足底压力信息。在对足底布置压力传感器时，有不同的布置方法，主要是将足底分为不同的区域，在这些区域设置压力传感器，具体有以下四种分法：1)一个区域：整个足底。2)三个区域：脚趾区域、跖骨区域、脚跟区域。3)四个区域：脚趾区域、跖骨区域、足弓部区域、脚跟区域，如图2所示。4)十个区域：大脚趾区域、第2～5脚趾区域、1～5跖骨区域、足弓部区域、脚跟外侧区域、脚跟内侧区域。在第一种分类中，将整个足底作为数据采集区域，虽然传感器数量较少，但由于足底压力不完全分布在整个足底，因此在采集的过程中会出现数据的冗余，增加了分析复杂度；在第二种分类中，足底数据大部分数据能够采集到，但是足弓部区域的数据未采集到，这对肢体运动准确性的预测造成误差，因为足弓部区域数据是判断整个足底落地的关键区域；在第四种分类中，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步态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，在双足足底布置压力传感器用于采集双足足底压力信息；/nS2，采集原始双足足底压力数据；/nS3，对原始双足足底压力数据进行处理；/nS4，对处理后的双足足底压力数据按阶段进行重构；/nS5,将按阶段进行重构的双足足底压力数据通过图像处理的方法重构为足迹图像；/nS6，对步骤S5中重构得到的足迹图像中每个切片的压力峰值、压力均值以及压力中心进行分析，其中压力中心坐标为当前切片的压力均值的中心坐标，并将重构的足迹图像中每个切片的压力中心点连接起来，得到压力中心cop曲线；/nS7，以cop曲线为边界，将足底分为左右两个部分，计算这两部分的压力，即内侧压力P

【技术特征摘要】
1.一种基于足底压力分布的步态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在双足足底布置压力传感器用于采集双足足底压力信息；
S2，采集原始双足足底压力数据；
S3，对原始双足足底压力数据进行处理；
S4，对处理后的双足足底压力数据按阶段进行重构；
S5,将按阶段进行重构的双足足底压力数据通过图像处理的方法重构为足迹图像；
S6，对步骤S5中重构得到的足迹图像中每个切片的压力峰值、压力均值以及压力中心进行分析，其中压力中心坐标为当前切片的压力均值的中心坐标，并将重构的足迹图像中每个切片的压力中心点连接起来，得到压力中心cop曲线；
S7，以cop曲线为边界，将足底分为左右两个部分，计算这两部分的压力，即内侧压力P内和外侧压力P外，得到足底两侧的压力差；
分别对左、右两足足底内侧从足跟方向沿足趾方向做切线，得到两条切线，记录两条切线之间的夹角形态及度数；
S8，根据足底两侧的压力差、夹角形态及夹角度数，对步态进行识别，分析得到当前步态为内八字脚步态、外八字脚步态或正常步态，以及内八字脚步态、外八字脚步态的严重程度。


2.根据权利要求1所述的基于足底压力分布的步态识别方法，其特征在于，所述步骤S1中在双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。


3.根据权利要求1所述的基于足底压力分布的步态识别方法，其特征在于，所述步骤S4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，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。


4.根据权利要求1所述的基于足底压力分布的步态识别方法，其特征在于，所述步骤S6中压力峰值点和压力均值点的分析方法为：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。<...

【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