[發(fā)明專利]一種視覺觸覺融合的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)及識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710820880.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN107578019B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慧博;王瑞;張志鵬;戴士杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06F16/51;A61B5/103;A61B5/11;A61B5/00
• 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: 李濟(jì)群;王瑞

1.一種視覺觸覺融合的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)、足底壓力測(cè)試系統(tǒng)、上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、光電檢測(cè)開關(guān)和身份證識(shí)別裝置；所述Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)、足底壓力測(cè)試系統(tǒng)、光電檢測(cè)開關(guān)和身份證識(shí)別裝置分別與上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接；

所述上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括濾波器、檢測(cè)數(shù)據(jù)寄存器、視觸數(shù)據(jù)融合處理器、步態(tài)特征寄存器、錄入寄存器、匹配寄存器和個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫；所述Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)、足底壓力測(cè)試系統(tǒng)、光電檢測(cè)開關(guān)和身份證識(shí)別裝置分別與濾波器連接，濾波器與檢測(cè)數(shù)據(jù)寄存器連接，檢測(cè)數(shù)據(jù)寄存器與視觸數(shù)據(jù)融合處理器連接，視觸數(shù)據(jù)融合處理器與步態(tài)特征寄存器連接；所述錄入寄存器分別與步態(tài)特征寄存器和個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫連接；所述匹配寄存器分別與步態(tài)特征寄存器和個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫連接；

識(shí)別方法是：

步驟一、行走個(gè)體首先通過身份證識(shí)別裝置進(jìn)行身份證識(shí)別，根據(jù)是否已錄入個(gè)體身份信息和個(gè)體步態(tài)特征信息，判斷個(gè)體本次識(shí)別過程是個(gè)體步態(tài)特征錄入還是個(gè)體步態(tài)特征匹配；

步驟二、行走個(gè)體遮擋光電檢測(cè)開關(guān)，此時(shí)Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)和足底壓力測(cè)試系統(tǒng)開始對(duì)此個(gè)體進(jìn)行步態(tài)數(shù)據(jù)收集；收集的數(shù)據(jù)經(jīng)濾波器過濾后存儲(chǔ)到檢測(cè)數(shù)據(jù)寄存器中；之后光電檢測(cè)開關(guān)恢復(fù)原位，數(shù)據(jù)收集結(jié)束；

步驟三、數(shù)據(jù)收集結(jié)束后，視觸數(shù)據(jù)融合處理器對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)，再將個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到步態(tài)特征寄存器中；

視觸數(shù)據(jù)融合處理器對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的具體步驟是：

(1)空間位置標(biāo)定：對(duì)Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)和足底壓力測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)三維空間標(biāo)定，保證相同坐標(biāo)點(diǎn)在兩系統(tǒng)中測(cè)量得到的三維空間坐標(biāo)一致；

(2)時(shí)間修正匹配：對(duì)Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)和足底壓力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行步態(tài)階段曲線分析，并進(jìn)行步態(tài)階段曲線擬合，從而修正測(cè)量時(shí)間偏差，保證時(shí)間的同時(shí)性；

(3)最優(yōu)豎向骨骼模型獲取：根據(jù)Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)獲取的行走個(gè)體的骨骼節(jié)點(diǎn)半個(gè)行走周期內(nèi)的空間位置坐標(biāo)和足底壓力測(cè)試系統(tǒng)獲取的半個(gè)行走周期內(nèi)的足底壓力點(diǎn)空間位置坐標(biāo)，分別對(duì)人體的單個(gè)豎向骨骼進(jìn)行長度測(cè)量：測(cè)量某一特定骨骼時(shí)選取半個(gè)行走周期內(nèi)最適合測(cè)量的若干個(gè)時(shí)刻作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行平均求和，得到該骨骼的長度；然后按照此方法測(cè)量所有的豎向骨骼長度，從而得到最優(yōu)豎向骨骼模型；

(4)反向匹配得到最優(yōu)整體骨骼模型：用最優(yōu)豎向骨骼模型反向匹配Kinect骨骼跟蹤系統(tǒng)獲取的行走個(gè)體的紅外線圖像；由準(zhǔn)確的關(guān)節(jié)點(diǎn)和關(guān)節(jié)長度，計(jì)算關(guān)節(jié)另一側(cè)的模糊關(guān)節(jié)點(diǎn)位置，從而計(jì)算出該紅外線圖像對(duì)應(yīng)的最優(yōu)整體骨骼模型；

(5)特征提取：對(duì)整個(gè)檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)的紅外線圖像進(jìn)行反向匹配，得到人體骨骼行走軌跡圖，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)特征提取，得到個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)；

步驟四、當(dāng)識(shí)別過程是個(gè)體步態(tài)特征錄入時(shí)，步態(tài)特征寄存器將所有的同一個(gè)體的步態(tài)特征數(shù)據(jù)按照一定的排列規(guī)則組成完整的個(gè)體步態(tài)特征信息并存儲(chǔ)到錄入寄存器中，與之前存儲(chǔ)到錄入寄存器中的個(gè)體身份信息一起存儲(chǔ)到個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫中；

當(dāng)識(shí)別過程是個(gè)體步態(tài)特征匹配時(shí)，將步態(tài)特征寄存器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到匹配寄存器中，然后通過之前存儲(chǔ)到匹配寄存器中的個(gè)體身份信息一起存儲(chǔ)到個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫中；從個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫中提取該個(gè)體錄入過的個(gè)體步態(tài)特征與此時(shí)匹配寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，判斷是不是個(gè)體本人，如果不是則進(jìn)行提示，如果是本人則將最新的步態(tài)特征數(shù)據(jù)更新到個(gè)體步態(tài)特征數(shù)據(jù)庫中；

步驟五、至此，完成整個(gè)個(gè)體步態(tài)特征錄入和個(gè)體步態(tài)特征匹配過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺觸覺融合的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于所述光電檢測(cè)開關(guān)安裝于足底壓力測(cè)試系統(tǒng)前端的左側(cè)，距離地面20厘米處。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺觸覺融合的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于所述身份證識(shí)別裝置安裝于足底壓力測(cè)試系統(tǒng)前端的右側(cè)，距離地面120厘米處。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺觸覺融合的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于步驟四中，步態(tài)特征數(shù)據(jù)在步態(tài)特征寄存器中的處理分析過程不僅包括對(duì)不同步態(tài)階段內(nèi)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行特征提取，還包括各個(gè)數(shù)據(jù)之間的互相矯正以及分析不同步態(tài)階段之間的相互聯(lián)系與區(qū)別。