[发明专利]一种基于移动平台的步态测量系统及其步态测量方法

说明书

本发明涉及步态检测及健康监控技术领域，尤其是指一种基于移动平台的步态测量系统及其步态测量方法，包括移动平台、步态数据解析存储装置、图像采集装置及视觉标记，移动平台设置有步态测量空间，图像采集装置的摄像头对步态测量空间进行拍摄，步态数据解析存储装置包括与图像采集装置电连接的图像处理模块、与图像处理模块电连接的步态解算模块、与步态解算模块电连接的步态数据存储模块及与步态数据存储模块电连接的通信模块。本发明的成本低，使用方便，测量步态的参数多，测量精度高，不受场地的限制，能够在不同的场合使用。同时，测量数据可以实时输出，为被测量者提供实时反馈，为数据分析人员提供丰富准确的步态信息。

技术领域

本发明涉及步态检测及健康监控技术领域，尤其是指一种基于移动平台的步态测量系统 及其步态测量方法。

背景技术

近年，在我国由于老衰、疾病、事故、运动伤害等原因，需要步行训练或步态矫形的人 口逐渐增多。对于人体的步态数据进行定量测量的需求也越来越大。比如，在下肢康复训练 领域，为了做出正确的诊断和开出精准的训练处方，医生和康复理疗师必须准确地把握患者 的步态特征。而且为了定量化康复训练的强度并评估患者的康复状况，对患者的步行训练量 以及训练强度进行实时测量也是必须的。在步态矫形、运动训练、高龄者的活动监测等领域， 步态的测量和监测也同样不可或缺。

市面上已有的步态测量设备主要分为三类。第一类是基于惯性测量单元(IMU)对患者 身体某些部位的加速度、角速度以及地磁信息进行测量，通过滤波，积分运算计算患者的步 行速度和步行距离等运动参数。这种方法受限于传感器的测量误差和室内磁场变化等因素， 随时间的增加，测量误差在积分算法中不断积累导致长时长距离测量的误差不断增大。因此 这种方法不适用于中长距离和中长时间的步态测量。同时惯性测量单元的安装位置和安装的 重复精度对步态的测量结果的重复精度有巨大的影响，增加了每一次测量前的系统配置难 度。第二类是基于固定于室内墙壁上的多个红外摄像头的运动捕捉系统。这类系统通过红外 摄像头采集的红外图像信息，基于图像处理和数据融合技术可以实现实时的人体的多点位运 动捕捉。多摄像头系统可以有效避免由于人体姿态而产生的视觉遮挡问题。因此，该种方法 可以实现精度较高的人体运动捕捉。该方案的缺点是系统庞大，要多台专用摄像头设备，价 格昂贵且需要占用特定的测量空间。为了扩大可测量空间范围，要大量增加摄像头数量。由 于受到摄像头拍摄距离的限制，所以步态测量的过程只能被局限在固定场地，被测量者的活 动范围有很大局限性。同时由于遮挡引起得不可测量等问题，此类系统也很难满足多人同时 利用同一场地的需要，降低了复健中心的场地利用率和接待患者的能力。第三类是基于压力 地板的步态测量方法。这种方法可以直接测量得到前两种方法中无法取得的足压信息。但是 压力地板的基本原理是通过压力传感器测量出踏板时足底受到地板的反作用力的变化，再根 据反作用力信息解算足部与地板的接触位置和时间。为了准确测量反作用力的大小，必须保 证压力传感器安装在特定的几何位置，并且统一传感器的灵敏度，线性度和偏移量。这使得 安装调试的难度很大，成本很高。同时传感器本身的价格昂贵，通常采用该原理的步态测 量方法只能使用单块或者双块压力地板的方案，所以步态测量的使用者的活动范围也受到了 很大的限制。另外，类似于步行架这样的步行辅助工具的使用也影响压力传感器的测量值， 因此不适用于需要步行支援装置辅助的下肢障碍患者。

综上所述，目前步态测量设备具有以下主要缺点：步态数据的测量参数少；测量精度低， 不适合长时间测量；测量场地受局限；不适合多人同时利用，场地利用率低；结构复杂，设 备昂贵。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种步态测量精度高，测量步态特征参 数多，不受测量场地限制的基于移动平台的步态测量系统及其步态测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：