[发明专利]一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统

说明书

本发明提供一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统，包括步骤：S1：构建足底力与人体运动之间的定量关系方程；S2：通过视频记录人体运动过程，获得运动视频；S3：通过运动视频获取人体的质心位移；S4：通过质心位移基于有限差分法计算获得人体的质心加速度；S5：将质心加速度代入定量关系方程，计算获得足底力。本发明提出一种间接的非接触式测量方法，基于足底力与人体运动之间的定量关系方程重构足底力；该方法利用手机或者普通相机等通用设备即可实现人体运动测量，进而重构得到准确的足底力，测试成本低、精度高且能够实现大规模采集。

技术领域

本发明涉及生物力学测量领域，尤其涉及一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统。

背景技术

节律性动荷载是体育馆看台、音乐厅、健身房等工程结构的主要使用荷载，也是此类结构人致振动分析和安全性评估的基本输入参数。因此，获取准确的节律性动力荷载就显得至关重要。目前，传统方法主要通过测力台(板)或测力鞋垫等专用设备直接测量获得足底力。直接测量法设备昂贵、测试成本高且不利于大样本采集。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法，包括步骤：

S1：构建足底力与人体运动之间的定量关系方程；

S2：通过视频记录人体运动过程，获得运动视频；

S3：通过运动视频获取人体的质心位移；

S4：通过质心位移基于有限差分法计算获得人体的质心加速度；

S5：将质心加速度代入定量关系方程，计算获得足底力。

优选的，所述定量关系方程的表达式为：

F_GRF(t_i)＝ma(t_i)+G

其中，F_GRF(t_i)为人体的足底力，单位为N；t_i为时刻，i为照片帧数；m为人体的质量，单位为kg；a(t_i)为人体的质心加速度，单位为m/s²；G为人体的静态体重，单位为N。

优选的，步骤S2具体为：

S21：在人体的后腰位置粘贴并固定标志点；

S22：通过摄像装置拍摄并记录人体节律性运动视频。

优选的，步骤S3具体为：

S31：对运动视频进行分帧处理，获得多帧照片；

S32：构建相机坐标系、图像坐标系和空间坐标系；

S33：将第i帧照片放入图像坐标系中，获取标志点在图像坐标系中的像素坐标q(x_i,y_i)，i为照片帧数；

S34：以相机坐标系的中心为起点将像素坐标q映射在空间坐标系中，获得标志点的空间坐标Q(X_i,Y_i,Z_i)；

S35：重复步骤S33-S34，获得各帧照片的标志点的空间坐标，将Z_i作为t_i时刻的质心位移u(t_i)。

优选的，空间坐标Q(X_i,Y_i,Z_i)的计算公式为：

其中，l_i为转换因子，i＝1,2,...,12。

优选的，所述质心加速度的计算过程为：