[發(fā)明專利]基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410063602.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN103800016A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴士杰;葛圣強(qiáng);裴鵬;楊永志;周國(guó)香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/117
• 分類號(hào): A61B5/117
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)由足底壓力信息采集裝置、步態(tài)信息采集裝置、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、傳輸模塊和裝有上位機(jī)識(shí)別工作流程的上位機(jī)構(gòu)成，其中，足底壓力信息采集裝置是微型壓力傳感器構(gòu)成的微型壓力傳感器陣列，步態(tài)信息采集裝置為一個(gè)攝像頭；該基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)中各構(gòu)成部分的安置和連接方式是：足底壓力信息采集裝置被安置在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的行走通道上需要進(jìn)行人體足底壓力信息測(cè)量的位置，并且采用壓力測(cè)量平板的形式鑲嵌于地板上，足底壓力信息采集裝置中的各個(gè)微型壓力傳感器由微處理器進(jìn)行編號(hào)，以確定其中每一個(gè)微型壓力傳感器的位置，步態(tài)信息采集裝置的攝像頭被安置在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)行走通道的前上方空間以便采集被識(shí)別人的步態(tài)信息的位置，該位置與足底壓力信息采集裝置的微型壓力傳感器陣列位置相對(duì)固定且由行走通道、行人以及攝像頭的相對(duì)空間坐標(biāo)關(guān)系所確定，足底壓力信息采集裝置的輸出端和步態(tài)信息采集裝置的輸出端均與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端再與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器連接再與微處理器連接，微處理器再與傳輸模塊連接，傳輸模塊再與上位機(jī)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述微型壓力傳感器陣列是由在水平方向上和豎直方向上的中心距離均為1cm，并均勻分布于壓力測(cè)量平板上的M個(gè)均布密度為1～9個(gè)/cm²的微型壓力傳感器構(gòu)成，微型壓力傳感器陣列中所用壓力測(cè)量平板個(gè)數(shù)為1～6，每個(gè)壓力測(cè)量平板的寬度為200～800mm，長(zhǎng)度為500～3000mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述微型壓力傳感器的個(gè)數(shù)M由需檢測(cè)的被識(shí)別人足底面積所決定，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為190cm²時(shí)，M為190～760，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為200cm²時(shí)，M為200～800，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為210cm²時(shí)，M為210～840。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述A/D轉(zhuǎn)換器采用十二位A/D轉(zhuǎn)換器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述上位機(jī)的識(shí)別工作流程是：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述信號(hào)調(diào)理電路的構(gòu)成是：一級(jí)電荷放大電路、二級(jí)運(yùn)算放大電路和用于降噪的低通濾波器，其中，一級(jí)電荷放大電路由運(yùn)算放大器P₁、反饋電容C₁和反饋電阻R₁組成，反饋電容C₁和反饋電阻R₁并聯(lián)在運(yùn)算放大器P₁的反相輸入端和輸出端兩端；二級(jí)運(yùn)算放大電路由運(yùn)算放大器P₂、反饋電阻R₄和電阻R₃組成，反饋電阻R₄跨接在運(yùn)算放大器P₂的輸出端和反相輸入端之間，運(yùn)算放大器P₂的同相輸入端通過(guò)電阻R₃接地；低通濾波器由電阻R₅和電容C₂串聯(lián)構(gòu)成；一級(jí)電荷放大電路的運(yùn)算放大器P₁的輸出端與二級(jí)運(yùn)算放大電路的運(yùn)算放大器P₂的反相輸入端之間通過(guò)電阻R₂串聯(lián)，二級(jí)運(yùn)算放大電路的運(yùn)算放大器P₂的輸出端連接低通濾波器的電阻R₅，電阻R₅和電容C₂串聯(lián)后再接地。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述微型壓力傳感器為PVDF壓電薄膜傳感器。

8.上述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別方法，其特征在于：包括基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)人體身份步態(tài)信息的采集、傳遞和處理，具體過(guò)程是：

A.在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)安置人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)

在進(jìn)行人體身份步態(tài)識(shí)別操作之前，首先在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)安置基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，安置方法是，將該基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)中的足底壓力信息采集裝置的壓力測(cè)量平板安置在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的行走通道上需要進(jìn)行人體足底壓力信息測(cè)量的位置，壓力測(cè)量平板的總尺寸根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求確定，步態(tài)信息采集裝置的攝像頭被安置在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)行走通道的前上方空間以便采集被識(shí)別人的步態(tài)信息的位置；

B.對(duì)人體身份步態(tài)信息的采集、傳遞和處理

第一步，預(yù)存儲(chǔ)授權(quán)人員的足底壓力信息以及步態(tài)信息

讓被識(shí)別的授權(quán)人員在上述安置在行走通道上的足底壓力信息采集裝置的壓力測(cè)量平板上進(jìn)行正常行走，被識(shí)別的授權(quán)人員的足底壓力信息以及步態(tài)信息被所用的上述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)采集、傳遞和處理，然后被預(yù)存儲(chǔ)到上位機(jī)的硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中；

第二步，現(xiàn)場(chǎng)獲取需檢測(cè)的被識(shí)別人的足底壓力信息和步態(tài)信息

令需檢測(cè)的被識(shí)別人在上述安置在行走通道上的足底壓力信息采集裝置的壓力測(cè)量平板上進(jìn)行正常行走，需檢測(cè)的被識(shí)別人足底壓力的分布及大小發(fā)生變化的足底壓力信息和人體坐標(biāo)信息由足底壓力信息采集裝置中的微處理器進(jìn)行編號(hào)，并被M個(gè)微型壓力傳感器所采集，同時(shí)需檢測(cè)的被識(shí)別人行走過(guò)程中的下肢位姿變化的步態(tài)信息被步態(tài)信息采集裝置的攝像頭所采集，由此完成需檢測(cè)的被識(shí)別人的足底壓力信息和步態(tài)信息的現(xiàn)場(chǎng)獲取，所述微型壓力傳感器的個(gè)數(shù)M由需檢測(cè)的被識(shí)別人足底面積所決定，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為190cm²時(shí)，M為190～760，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為200cm²時(shí)，M為200～800，當(dāng)被識(shí)別人足底面積為210cm²時(shí)，M為210～840；

第三步，被識(shí)別人的足底壓力信息和步態(tài)信息的處理

對(duì)第二步中被足底壓力信息采集裝置所采集獲取的被識(shí)別人足底壓力的分布及大小發(fā)生變化的足底壓力信息和人體坐標(biāo)信息，由微型壓力傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理電路，同時(shí)第二步中被步態(tài)信息采集裝置的攝像頭所采集的被識(shí)別人行走過(guò)程中的下肢位姿變化的步態(tài)信息也被輸出至信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)接收到的所有被識(shí)別人的人體身份步態(tài)信息信號(hào)進(jìn)行濾波和去噪處理，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后的所有被識(shí)別人的人體身份步態(tài)信息信號(hào)再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的人體身份步態(tài)信息的數(shù)字信號(hào)通過(guò)微處理器的初步處理，進(jìn)行緩存和編號(hào)；

第四步，將預(yù)存儲(chǔ)授權(quán)人員的足底壓力信息以及步態(tài)信息與處理后的被識(shí)別人的足底壓力信息和步態(tài)信息進(jìn)行特征提取和特征比對(duì)，完成人體身份識(shí)別過(guò)程

通過(guò)傳輸模塊將將第三步經(jīng)微處理器處理后的人體身份步態(tài)信息的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)有上位機(jī)識(shí)別工作流程的上位機(jī)中，上位機(jī)根據(jù)足底壓力信息采集裝置所提供的人體坐標(biāo)信息以及步態(tài)采集裝置采集到變形的人體步態(tài)信息，完成對(duì)變形的人體圖像的校正，上位機(jī)中的人體身份識(shí)別程序根據(jù)上述足底壓力信息以及校正后的步態(tài)信息進(jìn)行特征提取，同存儲(chǔ)于上位機(jī)硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中的第一步的預(yù)存儲(chǔ)授權(quán)人員的足底壓力信息以及步態(tài)信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果同硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中的某一信息相符或者在設(shè)定閾值范圍內(nèi)則認(rèn)定為該硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中成員，否則認(rèn)定為非數(shù)據(jù)庫(kù)中成員，上位機(jī)根據(jù)處理結(jié)果，將該結(jié)果顯示在上位機(jī)顯示器上，由此完成人體身份識(shí)別過(guò)程；

第五步，后續(xù)處理

若被識(shí)別人被認(rèn)定為硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中成員后，上位機(jī)將此次識(shí)別數(shù)據(jù)作為一個(gè)樣本和識(shí)別程序進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將其存儲(chǔ)到硬盤數(shù)據(jù)庫(kù)中；若被識(shí)別人被認(rèn)定為非硬盤數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中成員，上位機(jī)的報(bào)警裝置將進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便以后對(duì)其進(jìn)行身份認(rèn)定。

另外，在上述基于視觸覺結(jié)合的人體身份步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)人體身份步態(tài)信息的采集、傳遞和處理過(guò)程中，在不同時(shí)刻，被識(shí)別人在人足底壓力信息采集裝置進(jìn)行正常行走的位置會(huì)發(fā)生變化，會(huì)帶來(lái)步態(tài)信息采集裝置的攝像頭的拍攝角度變化，進(jìn)而使得拍攝圖像中的人體下肢位姿變化發(fā)生變形，為此，根據(jù)由微處理器進(jìn)行編號(hào)的M個(gè)均布密度為1～9個(gè)/cm²微型壓力傳感器所確定的人體所處的位置，再利用攝像頭與足底壓力信息采集裝置之間的相對(duì)位置關(guān)系，對(duì)因?yàn)榕臄z角度變化帶來(lái)的人體下肢位姿變化發(fā)生形變進(jìn)行矯正，從而獲得正確的人體身份步態(tài)信息。