[发明专利]一种实时生活场景步行稳定性评估方法

权利要求书

1.一种实时生活场景步行稳定性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，基于PTP协议实现两个摄像机间的高精度时钟同步；

步骤2，通过标定板，以同步时间戳定义同一时刻，通过张正友标定方法标定每一个相机的固定内参，建立两个相机的姿态关系，并通过特征标定杆在拍摄位置的挥舞和放置实现对拍摄位置三维坐标的自动化标定；

步骤3，利用双目相机对待评估对象进行连续拍摄，基于拍摄的图像实现人体运动跟踪；

步骤4，参考BVH人体骨骼模型，将每一个需要估计的关节点，定义为一种姿态类别，训练现有的卷积神经网络；

步骤5，针对拍摄的运动视频，基于训练好的卷积神经网络获得所有关节点的姿态类别概率图；

步骤6，通过实际运动过程中的人体关节约束对姿态类别概率图进行修正，所述姿态类别概率图即关节点热图；

步骤7，获得关节点热图的相似性度量，从多人运动场景中将跟踪目标和其他目标区分开来；

步骤8，针对关节点热图，使用巴特沃斯低通滤波器去除人体关节点的高频抖动噪声；

步骤9，使用统一标记对多人运动场景中的跟踪目标个体进行标记；

步骤10，利用DLT三维重建方法进行空间位置计算，实现人体姿态的三维重建；

步骤11，运用定标后的三维人体模型，提取人体各部分运动学参数，参考BVH人体骨骼模型和据国家标准GBT 17245-2004中的表A.3确定每一体段的质量系数和质心位置系数，确定每一体段的质心位置；

步骤12，根据每一体段的质心位置，计算人体重心CM位置，零力矩点ZMP位置，质心力矩枢轴CMP位置；

步骤13，根据步行过程中ZMP、CMP与CM地面投影点的偏离程度，定义并计算人体稳定系数，据此判别人体行走过程中的稳定调节能力。

2.如权利要求1所述的一种实时生活场景步行稳定性评估方法，其特征在于：人体重心位置计算公式如下；

为身体各部分质心位置矢量，可由双目摄像头提取数据获取；m_i为人体各部分的质量，M为人体总质量，人体各部分的质量系数，可以通过文献查得；n表示身体的各个部分；该公式中不需要知道m_i和M的具体数值，因二者之比即为人体各部分的质量系数，由公式1计算得到即人体的质心位置矢量。

3.如权利要求2所述的一种实时生活场景步行稳定性评估方法，其特征在于：零力矩点ZMP位置的计算公式如下；

其中是关于零力矩点ZMP的地面反作用力力矩的水平分量，G.R.指地面反作用力，horizontal是地面反作用力产生力矩的水平分量，代表零力矩点位置矢量；公式2意味着从地面施加在身体上的关于ZMP的合力力矩总是垂直水平方向的，或平行于重力加速度g；零力矩点ZMP可以定义为地面上由惯性力和重力引起的净力矩沿水平轴没有分量的点，即：

其中Inertial指惯性力，也就是人体运动所产生的惯性力，gravity指重力，总体就是惯性力和重力产生的总力矩的水平分量；根据公式2，如果除地面反作用力和重力外没有任何外力，则重力围绕点ZMP产生的力矩的水平分量等于关于ZMP的全身力矩的水平分量，即

其中为重力加速度矢量；使用人体各个部分动力学的详细信息，公式4可以重写为

其中为身体的第i部分关于该部分质心的转动惯性张量，为第i部分的角速度，代表身体各部分的加速度矢量，dt代表对时间求导；

由公式1可知

带入公式5，并将力矩矢量在x,y方向分解可得：

其中，矢量叉乘方向符合右手螺旋定理，为垂直方向人体质心的加速度；由公式7、公式8可求得ZMP点的横坐标和纵坐标，令且

其中为人体质心加速度矢量，考虑矢量方向及叉乘后矢量的方向，将叉乘积展开可得：

其中和为关于中心的力矩在y和x方向的分量，F_x，F_y，F_z分别是代表外力在x,y,z方向的分量。