[發明專利]一種下肢動態動作模式識別方法

有效

• 申請號: 202011584446.5
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112733631B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 王念峰;張新浩;張憲民;黃偉聰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣東天物新材料科技有限公司
• 主分類號: G06V40/20
• 分類號: G06V40/20;G06V10/77
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 林梅繁

1.一種下肢動態動作模式識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、采集行走、跑步、上樓梯和下樓梯四種動態動作模式過程中的歐拉角、角速度和加速度信號；采集所述四種動態動作模式過程中的足底壓力信號；

步驟S2、確定出每個步態后腳跟著地的時間點，以后腳跟著地的時間點后預設時間窗口作為特殊數據窗口，截取每個步態中在特殊數據窗口內所采集的信號數據；

步驟S3、對四種動態動作模式的特殊數據窗口中的信號數據進行特征提取，計算特殊數據窗口的絕對均值、均方根、方差、波長和威爾遜幅值五個特征值；將每一個特殊數據窗口計算的五個特征值組成特征向量；

步驟S4、對一半的特征向量進行訓練，得到類內散列矩陣和類間散列矩陣，再進一步得到最優降維矩陣和四種動作模式所對應的標簽向量；

步驟S5、將另一半特征向量用于識別，將待識別的特征向量用最優降維矩陣進行降維操作，通過降維后的再識別特征向量與四種動態動作模式所對應的標簽向量進行比較，確定其識別的動作模式。

2.根據權利要求1所述的下肢動態動作模式識別方法，其特征在于，步驟S2中將預設時間窗口設為兩百毫秒。

3.根據權利要求1所述的下肢動態動作模式識別方法，其特征在于，步驟S1中實驗對象行走和跑步的動作模式在跑步機上完成，上下樓梯的動作模式在樓梯上完成。

4.根據權利要求1所述的下肢動態動作模式識別方法，其特征在于，步驟S4中在訓練過程中，得到的類間散列矩陣為：

類內散列矩陣為：

其中，C代表動作模式的數量，即C＝4；m_i代表每種模式所包含特征向量的數量；μ_i則代表第i個動作所有特征向量的平均值；μ代表所有動作的所有特征向量的平均值；x_j則代表某個動作模式內，第j個特征向量；

通過構造瑞利商形式的J(W)，求得J(W)的最大值，求得最佳降維矩陣W：

求取最佳降維矩陣W的方法是先求的特征值和特征向量，根據特征值由大到小對特征向量進行排序，然后取前t個特征向量組成投影矩陣，t代表的是降維后的數據維度，當需要降維的特征組合向量的維度大于要識別的動作模式的類別數量時，規定降維后的數據維度t為C-1；當需要降維的特征組合向量的維度小于要識別的動作模式的類別數量時，規定降維后的數據維度為特征組合向量的維度減去1；當需要降維的特征組合向量維度為1維時則降維后的數據維度t＝1。

5.根據權利要求1所述的下肢動態動作模式識別方法，其特征在于，步驟S1通過位于實驗對象大腿前側的慣性測量單元采集歐拉角、角速度和加速度信號；通過足底壓力傳感器采集四種動態動作模式過程中的足底壓力信號。