- 文献综述(或调研报告):
步态分析是一种对动物肢体运动的系统研究,或者更准确点来说,一般是指对人类步行运动的研究。研究分析使用仪器辅助测量身体的运动,身体的机械结构,以及肌肉的活跃度等。
目前主流的步态特征分析是基于计算机视觉或在装备了复杂测试设备和分析工具的步态实验室完成,基于计算机视觉的步态特征分析是建立在视频处理、图像处理的基础上的,易受动态环境中多方面因素影响,数据处理复杂度高;而在步态实验室进行的步态特征分析由于设备和场地的限制,成本高,实验繁琐,难以普及。
基于传感器的步态识别具备了以上两种方式所没有的便携、低能耗、低成本的特点,能准确提取步态加速度信号,对用户的影响小, 不干扰人的正常活动,因此最近更多的步态识别的实验采用了这种传感器。
3.1 传感器放置
在传感器放置方面,Davrondzhon Gafurov[1]等人采用将传感器置于腰间和脚踝上的测量方式,获得了传感器的三个方向上的加速度并进行分析,从而得出测试对象的步态规律。L.W. Hang[2]等人选择将标签置于膝盖处,获得膝盖处的加速度读数,以便对膝盖的健康进行诊断,M.F.Nowlan[3]将传感器置于实验者裤子的口袋中,获得三轴加速计的读数和三轴陀螺仪的读数,以此得到实验对象的步态周期。I.H. Loacute;pez-Nava[5]等人采用将标签贴在脚踝处,利用x轴和z轴的加速度值,获得步态的数据。此外,也有相关实验将标签置于头部或者手腕上[6]。
将标签置于脚踝处,可以有效测得人在行走时,步态的三个方向上的加速度,且准确度和相对于膝盖处较高,所得的数据特征明显,也比较容易处理。其次,将标签置于腰间或胯部的位置,可以更好的得出人在走路时,腰部的移动特征,对于后续的分析,
3.2 数据预处理
在数据预处理方面,多个研究都对实验进行了预处理。[3]通过加速计垂直方向轴的变化量(高度变化)来确定一个完整的周期。通过Direct Form II Transpose进行滤波,并设置阈值,一旦达到这个阈值,才判断为一个周期的开始;Li ZhiWei[7]等人使用了开尔曼滤波器,对Z轴上的加速度进行了滤波; I.H. Loacute;pez-Nava[5]等人将三轴加速计各个轴数据所代表的实际物理意义提取出来,根据其实际意义进行相应的分析。
进行数据预处理,主要是为了去除原始数据中噪声的干扰,以及非平稳行走状态所产生的无效数据对结果的影响。特征提取,则是可以更有效地选取出能够应用于步态识别的步态特征组合,相比于直接利用加速度值进行分析,利用特征值分析,使得结果与步态的相关性更加明显。
3.3步态建模分类
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