步态波形特征提取方法以及个人识别系统技术方案

本发明专利技术涉及步态波形特征提取方法以及个人识别系统，其提取步态波形的特征。使用峰值振幅作为指标，在随着人体步行运动而在人体上形成的电场位移中确定与步行运动中一步相对应的一步波形，其中，所述峰值振幅与一只脚的几乎全部底面与地面接触并且另一只脚的脚趾刚离开地面的状态相对应。基于确定的一步波形，提取一步波形的特征，从而，不受左、右腿之间电荷干涉影响地出现峰值振幅。相应地，一步波形反映步行运动中的实际一步，因此，可精确地提取一步波形的特征。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及步态波形特征提取方法以及个人识别系统，并适用于根据在人体上随着他/她的步行运动而形成的电场位移来识别个人的个人识别系统。
技术介绍
近来，有以下个人识别系统，所述系统通过提取人体特有的生物统计特征，如眼睛虹膜、指纹或手印，并通过执行基于所提取结果的规定匹配过程，而标识个人。另外，近年来，人体步行运动本身已经成为人体特有的一个生物统计特征。例如，有这样一种个人识别系统，该系统通过对步行运动产生的声振荡(声音)进行频率分析而提取生物统计特征，并基于提取结果而识别个人。此个人识别系统要求在人体上放置麦克风(声-电转换器)，麦克风通过在他/她步行运动过程中收集声振荡能量而获得电信号子集，使用此电信号子集作为一步的指标来检测步行周期。收集表示在脚着地时的声振荡的信号子集，接着，系统基于检测结果而提取人体特有的步态特征，其中，所述声振荡是当一只脚部分着地时因撞击而产生的。(参见，美国专利出版物US2002/0107649A1)(如图6和7)，此专利全部内容在此引作参考。)然而，在此个人识别系统中，着地时的声振荡随着麦克风在人体上的放置部位而改变。另外，由于在麦克风周围声音和电噪音的主要影响，不能准确地确定表示着地时振荡的一部分电信号，相应地，难以精确地提取步态波形的特征。
技术实现思路
考虑到以上观点而进行本专利技术，并提出用于精确提取步态波形特征的步态波形特征提取方法和个人识别系统。为了解决上述和其它的问题，本专利技术使用在规定频带内的峰值振幅作为指标，从随着他/她的双腿步行运动而在人体上形成的电场位移中确定一步波形，其中，所述规定频带峰值振幅表示一只脚的全部底面与地面接触并且另一只脚的脚趾刚离开地面之后的状态。此一步波形表示双腿步行运动中的一步，并接着提取一步波形的特征。对于本专利技术，不受左、右腿之间电荷干涉影响地出现输出信号的峰值振幅。此峰值振幅接着用作与步行图案差异无关的指标，从而，可几乎准确地确定一步，其中，所述步行图案差异因左、右腿之间差异或个人之间差异而引起。附图说明图1为示出应用本专利技术的个人识别系统的构造的框图。图2为示出根据本专利技术的电场位移检测部件的构造的示意图。图3为示出光谱仪实例的示意图。图4为示出步行图案的示意图。图5为示出电场位移检测部件的等效电路的示意图。图6为解释输出信号的时间图，所述输出信号是步行运动的函数。图7为示出根据本专利技术的步态波形注册处理的程序的流程图。图8为示出如何识别和划分一步波形的示意图。图9为示出子段中积分值的示意图。图10为示出注册波形特征参数组的分布实例的示意图。图11为示出步态波形匹配处理的程序的流程图。图12为解释马哈拉诺比斯距离计算的示意图。具体实施例方式以下结合附图详细描述本专利技术的一个实施例。个人识别系统的构造在图1中，参考号1示出应用本专利技术的个人识别系统的整体。该系统包括电场位移检测部件2、(经有线或无线机构)连接到电场位移检测部件2的分析部件3、以及输入部件4、存储器5和连接到分析部件3的输出部件6。该系统按以下方式形成整个系统，或者至少电场位移检测部件2，可与人体的皮肤如手臂或脚踝直接接触。而且，电场位移检测部件2配置为可佩带装置，并且可配置为手表、戒指、珠宝或其它可佩带配置，从而，检测部件2充分与用户的外表皮肤接触。个人识别系统1配置为通过检测变化，如随着人体的步行运动而在脚底面与路(或其它)表面之间形成的静电容量的变化，而识别个人。在人体上形成的电场位移的变化例如因脚底面与路面之间电荷运动的变化而造成的。系统1在电场位移检测部件2中产生电信号(以下称作步态波形信号)S1，其中，电信号S1表示电场位移的变化。接着在分析部件3中分析所检测的步态波形信号S1。这里，此实施例中的步行运动指人在几乎平直的路(或其它)表面上行走，对步行速度不特别敏感。应指出，在随着他/她步行运动而在人体上形成的电场位移中，频率较低并且波长较长，从而，非常宽范围的静电场是占主要的。如图2所示，电场位移检测部件2包括场效应晶体管(以下称作FET)10、连接到FET 10栅极的主电极11、插入到主电极11和检测目标人体的外表皮肤OS之间的电介质12、以及放大器13，其中，放大器13的一端连接到FET 10的源极，另一端则同时连接到FET 10的漏极。人体的外表皮肤OS通过电介质12连接到FET 10的漏极与放大器13的另一端之间的中点MP。并且，放大器13配置为以内部电源或从外部提供的电源工作。在当就近提供有源/无源装置时从外部电源向FET供电的情况下，甚至可使用有源/无源装置，但是，不必与外部电源接触。相应地，当随着他/她的步行运动而在检测目标人体上形成的非常低频带的电场位移在人体外表皮肤OS发送时，电场位移检测部件2借助FET 10通过在电介质12与主电极11之间产生的电势而检测与电场位移相应的低电流，接着，通过放大器13向分析部件3(图1)发送检测的低电流，作为步态波形信号S1。在此情况下，在电场位移检测部件2中，在人体上形成的电场位移是非常低的频带，从而，可几乎不受杂散场和其它来源所产生噪音影响地精确检测随着他/她的步行运动而形成的电场位移，其中，所述噪音例如为交流声。进而，电场位移检测部件2通过直接连接电介质12和他/她的外表皮肤OS，并进而通过用具有高介电常数的材料如软聚氯乙烯形成电介质12，可灵敏地检测随着检测目标的步行运动而形成的电场位移，从而，可灵敏地检测随着步行运动而形成的电场位移。如上所述，电场位移检测部件2不必在检测目标人体上照射诸如微波的搜索光束，就可检测电场位移。除了上述构造以外，电场位移检测部件2配置为通过保护电极14与人体外表皮肤OS接地(或接地)，其中，保护电极14包围FET 10和主电极11，同时通过中点MP与人体外表皮肤OS接地。此接地以几种方式发生，包括使保护电极与OS互连的单独导电部件(如导线或接头)；或者通过形成保护电极14的底部，局部卷绕电介质12的下侧，以便与OS接触。可替换地，保护电极不必物理接触OS。利用此构造并利用保护电极14，除了随着人体步行运动而形成的电场位移之外，电场位移检测部件2可尽可能地避免检测频率成分(噪音)。如图3所示，由上述电场位移检测部件2检测的步态波形信号S1为低频带并且在20Hz以下，步态波形信号S1随着时间的流逝而表现出电场强度的强和弱图案，就象声波纹一样。在这，讨论电场强度变化与人体步行运动图案(以下称作步行图案)之间的对应关系。首先，对于基本假设，解释人体步行图案和电场强度的产生机制。如图4所示，在右腿的人体步行图案中，大致顺序地重复三个过程离地过程，此过程从右脚后跟刚离开地面(以下指离开路面等)开始到右脚趾刚离开地面结束(图4A)；踢腿过程，此过程从右脚趾刚离开地面开始到右脚后跟刚着地结束(图4B)；以及着地过程，此过程从右脚后跟刚着地开始到右脚的全部底面变成与地面接触(以下称作完全着地)结束(图4C)。另一方面，在左腿的人体步行图案中，以与右腿相同的方式大致顺序地重复三个过程，然而，每个过程的开始时间与右腿不同。“接触地面”过程在右腿离地过程中间开始(由图4A中的箭头示出)，并且，离地过程在右腿着地过程的中间开始(由图4C中的箭头示出)。如上所述，在人体步行运动中，交替重复左、右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步态波形特征提取方法，包括以下步骤：从数字信号的一部分确定一步波形，所述数字信号与根据主体的双腿步行运动而在所述主体的身体上形成的电场位移相对应，所述确定步骤包括：使预定频带中的峰值振幅作为所述一步波形的指标，所述峰值振 幅与所述主体的第一只脚的几乎全部底面与行走表面接触并且所述主体的第二只脚的脚趾刚离开行走表面的状态相对应；以及在所述确定步骤中确定所述一步波形之后，提取所述一步波形的特征。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：泷口清昭，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]