[发明专利]一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法

说明书

一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，涉及步态分析领域，特别是多运动模式并存情况下的站立相检测。本发明提出了一种适用于多运动模式并存情况下的站立相检测，该方法的技术要点为：首先根据足部运动特征检测足跟离地参考点和足跟着地参考点，其次，根据足部运动的动态水平差异，将足部运动划分为低动态水平和高动态水平，最后，不同动态水平的站立相检测使用不同的方法，固定阈值的方法用于低动态水平运动站立相检测，自适应阈值方法用于高动态水平运动站立相检测。所提出的站立相检测方法可以有效的检测出水平步行、后退、侧步、步行上楼梯、步行下楼梯、水平跑步、跑步上楼梯和跑步下楼梯等多种人体运动模式下的站立相。

一、技术领域

本发明涉及一种步态分析领域，尤其涉及一种多运动模式交替存在情况下的站立相检测方法。

二、背景技术

步行是人类最基本的运动，与个人的健康状况、年龄、性别、生活习惯等因素有关，人体步态检测在诸多领域都有重要的科学意义及应用价值，例如在医疗诊断方面，步态分析可以评估患者是否存在异常步态以及步态异常的性质和程度或者评定康复治疗的效果；在老年人监护方面，可以对老年人日常活动进行评估，然后有针对性对老年人的进行引导、训练，提高生活质量；在生物力学方面，可以提供为进行研究所需要的躯干和下肢的基本参数。

随着微型机电系统(MEMS)技术的迅速发展，基于传感器的人体步态分析得到了飞速发展。通过佩戴MEMS设备可以获得佩戴位置的惯性数据，这种方法重复性好，性能稳定、系统轻便小巧、不妨碍人体步行动作等。现有的基于惯性传感器的人体步态分析方法都使用零速率更新算法，而站立相检测是零速率更新算法的基础，也是划分人体下肢运动周期作为动作识别的数据窗口的关键，准确检测站立相是抑制导航参数和步态空间参数的计算累积误差的关键，所以准确检测站立相是行人导航、步态分析和人体下肢动作识别等领域的关键问题。

三、发明内容

为解决现有的基于固定阈值的站立相检测方法在多运动模式并存情况下的检测性能下降的问题，本发明提出了一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，此方法不仅适用于单一运动模式站立相检测，而且适用于多运动模式并存情况下站立相检测，同时提高零速率更新算法的准确性。

本发明提供了一种基于惯性传感器的人体足部运动站立相检测方法，其包括以下步骤：

(1)步态信号采集，通过足部(包括鞋)安装的惯性传感器，采集人体足部的三轴比力信号a_k(a_kx，a_ky，a_kz)和三轴角速度信号ω_k(ω_kx，ω_ky，ω_kz)，其中t_k(k＝1,2,…,m)表示采样时刻；

(2)提取足跟离地参考点时间t_HOR和足跟着地参考点时间t_HSR，将足部运动划分为低动态和高动态两种情况分别进行人体足部运动站立相检测。

所述步骤(2)中，足跟离地参考点时间t_HOR和足跟着地参考点时间t_HSR的提取包括以下步骤：

(2.1)根据人体步态运动特征的经验值选择比力信号检测阈值a_HOR，当实际检测的比力信号模值‖a_k‖曲线处于上升沿时，将穿过a_HOR阈值线的时刻记作足跟离地参考点时间t_HOR，所述比力信号模值‖a_k‖的计算公式为：