[發明專利]一種步態識別方法

在審

• 申請號: 202110093573.3
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112580752A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李曉坤;徐龍;劉清源;董濰赫;黃逸群;付文香;張心雨;陳偉良;趙瑞
• 申請（專利權）人: 李曉坤
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明旨在提供一種步態方法，解決了在步態身份識別時，由于步態波動明顯導致身份識別率明顯降低的問題，所述方法包括：對于信號預處理過程，原始的3軸加速度信號由低通濾波器消噪。然后，3軸加速度數據的陣列維數需要利用主成分分析（PCA）來降低。在配準階段，通過基于周期或基于固定長度的步態模板構建方法構建步態模板和步態。在識別階段，對于基于步態的身份識別過程，考慮到計算復雜度和匹配精度，設計了基于多重匹配算法以提高識別精度，使用皮爾遜相關系數PCC和曼哈頓距離MD算法來識別用戶的身份。如果這兩種算法的識別結果不一致，則實現附加算法，即歸一化互相關NCC算法，以做出最終決策。

技術領域

本發明涉及生物特征識別領域，更具體地，涉及一種步態識別方法。

背景技術

步態識別由于不具攻擊性以及其優異的性能，越來越多地應用于可穿戴醫療設備的訪問控制中。越來越多的敏感個人信息被收集和存儲在可穿戴醫療設備中，包括身體、生理和日常活動，因此這些設備的安全性對于避免用戶的隱私和機密泄露至關重要。冒名頂替者可能攻擊醫療保健系統并非法獲取敏感信息。步態識別方法結合了多個有利特征，即高防欺詐性，安全數據收集，無需明確的用戶交互以及連續和長距離身份驗證，使步態成為非常適合穿戴式醫療設備中用戶驗證的生物特征參數。然而，老年人的步態識別比年輕人的步態識別更具挑戰性，因為受試者的步態波動明顯，隨著年齡的增長，這種波動變得更加明顯。

為了減輕受試者步態波動的問題，顯著提高識別率，本發明提出了一種基于多重匹配算法的步態識別方法，用于以老年人為中心的可穿戴醫療設備的訪問控制。

發明內容

鑒于現有技術的缺點，本發明旨在提供一種基于多重匹配算法的步態識別方法，所提出的方法有效解決了在步態身份識別時，由于步態波動明顯導致身份識別率明顯降低的問題。

本發明針對的是一種基于多重匹配算法的步態識別方法，所述方法可以包括對于信號預處理過程，原始的3軸加速度信號由低通濾波器消噪。然后，3軸加速度數據的陣列維數需要利用主成分分析（PCA）來降低。在配準階段，通過基于周期或基于固定長度的步態模板構建方法構建步態模板和步態。在識別階段，對于基于步態的身份識別過程，考慮到計算復雜度和匹配精度，設計了基于多重匹配算法以提高識別精度，使用皮爾遜相關系數PCC和曼哈頓距離MD算法來識別用戶的身份。如果這兩種算法的識別結果不一致，則實現附加算法，即歸一化互相關NCC算法，以做出最終決策。

所述的低通濾波器消噪是指使用低通濾波器對原始加速度信號進行濾波，以去除高頻噪聲。只要平均步態頻率在1.7和2.7 Hz之間，就會預設3 Hz的截止頻率；接下來，對濾波后的信號進行進一步處理，以提取步態模板和探測數據。

所述的主成分分析PCA是指將三維加速度信號合成為一維加速度信號。由于同一運動源在三個方向上產生加速度信號，因此它們應該具有很強的相關性，所以利用主成分分析識別三軸加速度信號的第一主成分是非常有效的。

所述的步態模板是指將合成一維加速度構建的模板。因為老人的步態特征可能會導致提取方法的故障增加。該發明方法不直接使用加速度信號倆提取步態周期，而是將合成的一維加速度構建步態模板，通過這種方法，可以解決老年人步態的不對稱性。

所述的基于多重匹配算法，是指首先使用兩個匹配算法，并對它們做出的決策進行比較；如果結果不同，則執行第三匹配算法以進一步比較兩個決策并做出最終決策。

所述的皮爾遜相關系數PCC，是衡量目標變量之間相關性的一種基于協方差的匹配算法，它提供了相關性以及相關趨勢的信息。PCC定義如下：

其中之間的協方差x和y，和是的標準偏差x和y分別和是手段x和y分別，而E是期望。數據集之間的相關性是對其關系緊密程度的度量。步態周期模板和用戶步態周期之間的PCC在確定用戶有效性方面非常重要。

所述的曼哈頓距離MD算法，此匹配算法用于第一輪匹配，長度的兩個序列x和y之間的MD可以通過公式計算