[發明專利]一種基于人體運動捕捉的足底力測量方法及系統

在審

• 申請號: 202310431411.5
• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116509374A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 何衛;劉濟凡;黃川;虎琳;孫業蒲
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;A61B5/11;G06F30/23;G06V40/20;G06V20/40
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

1.一種基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，包括步驟：

S1：構建足底力與人體運動之間的定量關系方程；

S2：通過視頻記錄人體運動過程，獲得運動視頻；

S3：通過運動視頻獲取人體的質心位移；

S4：通過質心位移基于有限差分法計算獲得人體的質心加速度；

S5：將質心加速度代入定量關系方程，計算獲得足底力。

2.根據權利要求1所述的基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，所述定量關系方程的表達式為：

F_GRF(t_i)＝ma(t_i)+G

其中，F_GRF(t_i)為人體的足底力，單位為N；t_i為時刻，i為照片幀數；m為人體的質量，單位為kg；a(t_i)為人體的質心加速度，單位為m/s²；G為人體的靜態體重，單位為N。

3.根據權利要求1所述的基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，步驟S2具體為：

S21：在人體的后腰位置粘貼并固定標志點；

S22：通過攝像裝置拍攝并記錄人體節律性運動視頻。

4.根據權利要求1所述的基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，步驟S3具體為：

S31：對運動視頻進行分幀處理，獲得多幀照片；

S32：構建相機坐標系、圖像坐標系和空間坐標系；

S33：將第i幀照片放入圖像坐標系中，獲取標志點在圖像坐標系中的像素坐標q(x_i,y_i)，i為照片幀數；

S34：以相機坐標系的中心為起點將像素坐標q映射在空間坐標系中，獲得標志點的空間坐標Q(X_i,Y_i,Z_i)；

S35：重復步驟S33-S34，獲得各幀照片的標志點的空間坐標，將Z_i作為t_i時刻的質心位移u(t_i)。

5.根據權利要求4所述的基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，空間坐標Q(X_i,Y_i,Z_i)的計算公式為：

其中，l_i為轉換因子，i＝1,2,...,12。

6.根據權利要求1所述的基于人體運動捕捉的足底力測量方法，其特征在于，所述質心加速度的計算過程為：

v(t_i)＝(u(t_i+1)-u(t_i))/Δt

a(t_i)＝(v(t_i+1)-v(t_i))/Δt

t_i＝i*Δt

式中：u(t_i+1)和u(t_i)分別為t_i+1和t_i時刻的質心位移；v(t_i+1)和v(t_i)分別為t_i+1和t_i時刻的質心速度；a(t_i)為t_i時刻的質心加速度；t_i為時刻，i為照片幀數；Δt為視頻的采樣時間間隔。

7.一種基于人體運動捕捉的足底力測量系統，其特征在于，包括：

定量關系方程構建模塊，用于構建足底力與人體運動之間的定量關系方程；

運動視頻獲取模塊，用于通過視頻記錄人體運動過程，獲得運動視頻；

質心位移獲取模塊，用于通過運動視頻獲取人體的質心位移；

質心加速度獲取模塊，用于通過質心位移基于有限差分法計算獲得人體的質心加速度；

足底力計算模塊，用于將質心加速度代入定量關系方程，計算獲得足底力。