本發(fā)明涉及臨床醫(yī)學(xué)中的步態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于kinect體感技術(shù)的三維步態(tài)信息采集與分析方法。

背景技術(shù)：

行走及其步態(tài)是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下在生物力學(xué)水平上的體現(xiàn)，正常步態(tài)有賴于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍的神經(jīng)系統(tǒng)及肌肉骨骼系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。當(dāng)下肢肌肉、韌帶、骨骼、關(guān)節(jié)、腦、脊髓、周圍神經(jīng)的正常生理功能及相互間協(xié)調(diào)與平衡受到損傷時均可導(dǎo)致不同程度的異常步態(tài)，步態(tài)信息的采集與分析是輔助醫(yī)生對患者進(jìn)行康復(fù)評估、訓(xùn)練規(guī)劃、疾病診斷、假肢適配等工作的量化的重要工具。

可穿戴慣性傳感器測試、足底壓力測試、肌電測試、二維圖像測試、三維標(biāo)記點測試等是步態(tài)分析中常用的數(shù)據(jù)采集方式?？纱┐鲬T性傳感器測試方式需要將陀螺儀和加速度器同時使用才能捕捉到人體運動過程，在確定人體世界坐標(biāo)系中的運動過程時算法復(fù)雜計算出的運動軌跡精度低，同時可穿戴測試設(shè)備的穿戴過程復(fù)雜，實驗不具有嚴(yán)格的重復(fù)性，并且難以實現(xiàn)關(guān)節(jié)解剖位置的監(jiān)測。足底壓力測試方式可以檢測足底壓力隨著時間的變換情況，能實現(xiàn)簡單的步態(tài)時相變化，然而該方法并不能記錄步態(tài)運動的整個周期，因為步態(tài)運動中的擺動階段是在懸空進(jìn)行，此時與地面無接觸，無法捕捉完整的周期，而且足底力捕捉信息單一，步態(tài)捕捉時間短，不能完整的記錄步態(tài)信息。肌電測試方式是針對下肢運動肌肉的檢測，該方法是從隱含信息對步態(tài)進(jìn)行測試，并且需要對隱含信息進(jìn)行宏觀解釋，所以該方法不具有直觀性，同時該種測試方式信息類型少。二維圖像測試方法需要使用算法對人體骨骼進(jìn)行識別，識別精度較低，只能記錄人體運動的二維信息，所以該種測試方法丟失信息較多。三維紅外標(biāo)記點測試系統(tǒng)可以刻畫出人體的三維運動，測試精度較高，捕捉人體三維運動信息，該設(shè)備捕捉空間有限，只能進(jìn)行有限空間步態(tài)捕捉，同時該在操作該設(shè)備時需要在人體上粘貼39個標(biāo)記點，標(biāo)記點的粘貼需要一定的解剖學(xué)知識，即使這樣也不能避免實驗的隨機(jī)粘貼位置誤差，該設(shè)備開發(fā)造價較高，給步態(tài)分析技術(shù)的普及推廣帶來巨大的挑戰(zhàn)。上述部分方法只是停留在步態(tài)數(shù)據(jù)的采集上，缺乏對步態(tài)的定量化、綜合性的指標(biāo)，不能使用簡單的參數(shù)來評定步態(tài)異常程度。

因此亟待解決的問題主要有以下幾個方面：1、降低設(shè)備價格，促進(jìn)步態(tài)分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用。2、提高設(shè)備的精度，豐富捕捉步態(tài)運動捕捉信息，實現(xiàn)人體多關(guān)節(jié)運動軌跡的三維坐標(biāo)捕捉。3、簡化步態(tài)實驗步驟，實現(xiàn)人體解剖學(xué)位置自動捕捉，增強(qiáng)實驗的重復(fù)性。4、實現(xiàn)長距離的步態(tài)運動捕捉，避免因?qū)嶒灳嚯x短帶來的實驗偶然性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于kinect體感技術(shù)的三維步態(tài)信息采集與分析方法，能夠完成步行過程中人體多關(guān)節(jié)三維運動軌跡的長距離提取，可以自動捕捉步態(tài)事件并且可以精確的計算步態(tài)基本參數(shù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于kinect體感技術(shù)的三維步態(tài)信息采集與分析方法，包括以下步驟：

1)搭建步態(tài)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)：

步態(tài)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)包括跑步機(jī)，跑步機(jī)旁邊設(shè)有可調(diào)高度角度的kinect支撐云臺，kinect支撐云臺上安裝有kinect傳感器，kinect傳感器的輸出和計算機(jī)連接，首先跑步機(jī)與kinect傳感器相對不動，然后讓人在跑步機(jī)上連續(xù)運動，實現(xiàn)連續(xù)無限距離的步態(tài)采集；

2)選擇跑步機(jī)速度：

在跑步機(jī)不同速度時對受試者進(jìn)行測量，跑步機(jī)速度最小增量為0.1km/h，根據(jù)確定的速度構(gòu)建健康人體步態(tài)數(shù)據(jù)庫；

3)使用kinect傳感器獲取人體骨骼數(shù)據(jù)：

kinect傳感器是xbox360使用的體感傳感器，進(jìn)行實時動作捕捉，并通過對人體的三維姿態(tài)進(jìn)行識別；kinect傳感器能夠追蹤人體并獲取人體25個骨骼點三維坐標(biāo)，從中選取下肢運動關(guān)鍵關(guān)節(jié)點，kinect傳感器以30hz的速度不斷的讀取人體骨骼點的三維空間變化，完成步態(tài)數(shù)據(jù)采集功能；

4)骨骼數(shù)據(jù)的雙指數(shù)濾波：

使用不同的濾波器的組合進(jìn)行濾波；

第一階段消除抖動：

公式中為第一階段濾波值，xn為測試值，為前一幀第二階濾波值，a為第一階段噪聲抑制系數(shù)；

第二階段高斯噪聲的慮除：

公式中為第二階段濾波值，xn為測試值，β為第二階段噪聲抑制系數(shù)，bn為該幀趨勢，bn-1為前一幀趨勢，γ為趨勢控制系數(shù)；

5)計算下肢關(guān)鍵部位運動學(xué)曲線：

骨盆中心為pelviscenter、左髖節(jié)點hipleft、右髖節(jié)點hipright、左膝關(guān)節(jié)kneeleft、右膝關(guān)節(jié)kneeright、左踝關(guān)節(jié)ankleleft、右踝關(guān)節(jié)ankleright、左腳為footleft、右腳為footright，分別構(gòu)建向量l1、l2、l3、l4、r1、r2、r3、r4,向量的計算計算如下式

對于膝關(guān)節(jié)的運動角度θkneeleft、θkneeright和踝關(guān)節(jié)的運動角度θankleleft、θankleright，將膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)簡化為一個自由度，其計算方法如下式

對于髖關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)的運動規(guī)律的描述是相對骨盆進(jìn)行描述，因此需要先定義骨盆的局部坐標(biāo)系，骨盆局部坐標(biāo)坐標(biāo)原點定義在骨盆中心pelviscenter，其y軸定義為右髖關(guān)節(jié)指向左髖關(guān)節(jié)，其z軸方向定義為骨盆平面的垂線，其中骨盆平面由pelviscenter、hipright、hipleft三個點確定，所以骨盆的局部坐標(biāo)系定義為

骨盆的矢狀面運動角度θhipleftsag、θhiprightsag，冠狀面運動角度θhipleftcor、θhiprightcor，水平面運動角度θhiplefttra、θhiprighttra，定義proj(x,y)為任意向量向平面投影的公式，其中x為平面法向量，y為任意向量，各關(guān)節(jié)角度計算定義式如下

骨盆的位移和擺動角是相對全局坐標(biāo)系定義，其中pelviscenter的x坐標(biāo)為骨盆左右方向的位移，y坐標(biāo)為人體骨盆中心的上下方向的位移，z坐標(biāo)為人體骨盆中心的前后方向的位移；骨盆的擺動角度需要根據(jù)全局坐標(biāo)定義，全局坐標(biāo)系的x，y，z方向的單位坐標(biāo)向量為ig、jg、kg，骨盆的前后方向擺動角度θpelvistilt，冠狀面的上下方向擺動角度θpelvisobl，水平面方向的擺動角度θpelvisrot，且已知骨盆的局部坐標(biāo)系的三個相互垂直的方向向量在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為i、j、k，

6)步態(tài)事件捕捉：

步行踝關(guān)節(jié)與骨盆中心的深度方向上的距離變換規(guī)律近似正弦曲線，該曲線的峰值到達(dá)時刻與腳著地時刻正好耦合，該曲線的極小值與腳尖離地時刻相對應(yīng)，該曲線的峰值和谷值分別視為足跟著地事件hs時刻和腳尖to離地事件時刻，如下式所示，式中ths、tto分別代表足跟著地時刻和足尖離地時刻，xheel、xpelviscenter分別代表足跟和骨盆中心在行走方向上的全局坐標(biāo)分量，在本發(fā)明中以踝關(guān)節(jié)代替足跟，所以xheel＝xankle，

ths＝(xheel-xpleviscenter)max

tto＝(xheel-xpelviscenter)min

7)步態(tài)參數(shù)計算：

支撐相參數(shù)tstand，支撐相根據(jù)某一側(cè)下肢進(jìn)行定義，即右側(cè)或左側(cè)下肢與地面接觸的階段，支撐相的開始時刻是足跟著地，支撐相階段結(jié)束的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)腳尖離地，式中tdown(n)表示足跟著地時刻，即支撐相開始時刻，toff(n)表示傳感器檢測足尖離地的時刻，即支撐相結(jié)束時刻，

tstand＝toff(n)-tdown(n)

擺動相參數(shù)tswing，擺動相是針對單側(cè)下肢進(jìn)行定義，當(dāng)該下肢與地面無接觸并且懸空運動的階段，擺動相開始的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)的腳尖離地，擺動相結(jié)束的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)腳跟再次著地，式中tdown(n)表示下一周期的開始時刻即足跟著地，

tswing＝tdown(n)-toff(n-1)

周期參數(shù)tstep，步行周期是針對單側(cè)下肢進(jìn)行定義，步行周期開始的標(biāo)志是該側(cè)足跟著地，直至下一次該側(cè)足跟再次著地為結(jié)束標(biāo)志

tstep＝tdown(n)-tdown(n-1)

節(jié)律參數(shù)cadence，是表征人體運動頻率的快慢指標(biāo)，定義為1分鐘內(nèi)單側(cè)腿完成步態(tài)循環(huán)的次數(shù)，

cadence＝60/tstep

步長參數(shù)lstep，步長參數(shù)是當(dāng)人連續(xù)步行時,連續(xù)左右的兩側(cè)下肢著地點的距離，定義為左腳跟著地到右腳跟著地的距離，計算方法如下，式中l(wèi)heell(n)為左腳本周期著地位置，lheelr(n)為右腳本周期著地位置，

lstep＝|lheell(n)-lheelr(n)|

跨步長參數(shù)lstride，跨步長參數(shù)是當(dāng)人連續(xù)行走時，對連續(xù)兩次同側(cè)著地點的距離，定義為單側(cè)腳印著地位置在前進(jìn)方向上的腳跟的位置的距離，式中l(wèi)heell(n)為本周期著地位置，lheell(n-1)為上周期左腳跟著地位置，

lstride＝|lheell(n)-lheell(n-1)|

步寬參數(shù)wstep，步寬定義為兩側(cè)足中線的位置，使用踝關(guān)節(jié)定義步寬，將連續(xù)左右兩步對應(yīng)的踝關(guān)節(jié)位置距離在與行走方向垂直的方向上的投影視為步寬的度量，

wstep＝|proj(lanklel(n)-lankler(n-1),kg)|

8)呈現(xiàn)運動曲線和步態(tài)參數(shù)：

計算機(jī)根據(jù)步驟5)完成關(guān)鍵部位計算的運動曲線，顯示多條人體下肢運動軌跡，根據(jù)步驟6)和步驟7)計算得到人體步態(tài)的支撐相參數(shù)、擺動相參數(shù)、周期參數(shù)、節(jié)律參數(shù)、步長參數(shù)、跨步長參數(shù)、步寬參數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有的優(yōu)點：

1、本發(fā)明硬件價格低廉，主要設(shè)備為kinect傳感器、可調(diào)高度角度的kinect支撐云臺、chicago跑步機(jī)、計算機(jī)，總造價低于兩萬元。

2、該發(fā)明可實現(xiàn)無標(biāo)記點無侵入式的關(guān)節(jié)解剖學(xué)位置的識別與測量，并且獲取全身25個骨骼節(jié)點位置，捕捉數(shù)據(jù)十分豐富，且其自動識別功能。

3、本發(fā)明基于機(jī)器學(xué)習(xí)的體感技術(shù)直接識別骨骼節(jié)點位置，無需通過標(biāo)記點去推測骨骼位置，所以本發(fā)明可以準(zhǔn)確的獲取真實解剖學(xué)骨骼節(jié)點位置，同時剔除人為粘貼標(biāo)記的誤差因素，增強(qiáng)了試驗的重復(fù)性。

4、本發(fā)明對kinect傳感器獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波技術(shù)增強(qiáng)骨骼數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

5、本發(fā)明通過讓受試者在跑步機(jī)上行走運動，kinect傳感器相對跑步機(jī)不動，實現(xiàn)長距離步態(tài)運動捕捉。

6、本發(fā)明使用一種簡易但高精確性的步態(tài)事件捕捉方法，精確的步驟人體腳著地事件和離地事件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例硬件組成圖。

圖2為本發(fā)明實施例捕捉的下肢骨骼節(jié)點圖。

圖3為本發(fā)明實施例可呈現(xiàn)的人體重心、下肢的膝關(guān)節(jié)、骨盆矢狀面、髖關(guān)節(jié)矢狀面關(guān)節(jié)運動曲線圖。

圖4為本發(fā)明實施例可呈現(xiàn)的下肢踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)冠狀面和水平面、骨盆冠狀面和水平面運動曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

基于kinect體感技術(shù)的三維步態(tài)信息采集與分析方法，包括以下步驟：

1)搭建步態(tài)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)：

如圖1所示，步態(tài)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)包括跑步機(jī)，跑步機(jī)旁邊設(shè)有可調(diào)高度角度的kinect支撐云臺，kinect支撐云臺上安裝有kinect傳感器，kinect傳感器的輸出和計算機(jī)連接，kinect支撐云臺可調(diào)高度角度，以使kinect傳感器在最好的觀察角度位置上對人體運動進(jìn)行捕捉，由于kinect傳感器有效測試距離有限，約為0.5m-4m的范圍內(nèi)，故使用跑步機(jī)克服了該困難，首先跑步機(jī)與kinect傳感器相對不動，然后讓人在跑步機(jī)上連續(xù)運動，實現(xiàn)連續(xù)無限距離的步態(tài)采集；計算機(jī)作為kinect的控制機(jī)、實驗數(shù)據(jù)保存以及實驗數(shù)據(jù)后處理與顯示的角色，在計算機(jī)上運行程序完整的實現(xiàn)了步態(tài)數(shù)據(jù)采集、保存、數(shù)據(jù)分析、分析結(jié)果呈現(xiàn)整套步態(tài)分析流程。

將kinect與跑步機(jī)放置于一條直線距離測試者1.8m，kinect支撐云臺高度調(diào)節(jié)為1.5m，并調(diào)節(jié)支撐云臺的旋轉(zhuǎn)角度至kinect傳感器平行于水平面，完成后，給跑步機(jī)、kinect傳感器、計算機(jī)供電；

2)選擇跑步機(jī)速度：

根據(jù)受試者健康狀況、身高情況、體節(jié)長度等參數(shù)，分別在跑步機(jī)不同速度時對受試者進(jìn)行測量，跑步機(jī)速度最小增量為0.1km/h，可根據(jù)確定的速度構(gòu)建健康人體步態(tài)數(shù)據(jù)庫，以用于對患者檢測時作對比，在實施例中，將跑步機(jī)速度定為2km/h；

3)使用kinect傳感器獲取人體骨骼數(shù)據(jù)：

kinect傳感器是xbox360使用的體感傳感器，進(jìn)行實時動作捕捉，并通過對人體的三維姿態(tài)進(jìn)行識別；kinect傳感器有三個攝像傳感器，中間為rgb彩色攝像頭，兩側(cè)分別是紅外線發(fā)射器和紅外線cmos接收器；kinect傳感器能夠追蹤人體并獲取人體25個骨骼點三維坐標(biāo)，從中選取下肢運動關(guān)鍵關(guān)節(jié)點，如圖2所示；本實施例中kinect傳感器以30hz的速度不斷的讀取人體骨骼點的三維空間變化，完成步態(tài)數(shù)據(jù)采集功能；

骨盆中心為pelviscenter(-0.069,0.088,2.938)、左髖節(jié)點hipleft(-0.145,0.086,2.906)、右髖節(jié)點hipright(0.009,0.087,2.89)、左膝關(guān)節(jié)kneeleft(-0.147,-0.346,2.835)、右膝關(guān)節(jié)kneeright(0.024,-0.337,2.875)、左踝關(guān)節(jié)ankleleft(-0.128,-0.670,2.781)、右踝關(guān)節(jié)ankleright(-0.014,-0.701,3.021)、左腳為footleft(-0.181,

-0.745,2.691)、右腳為footright(0.045,-0.777,2.901)等骨骼節(jié)點的時間序列；

4)骨骼數(shù)據(jù)的雙指數(shù)濾波：

基于體感信息的骨骼追蹤系統(tǒng)能夠捕捉人體骨骼及關(guān)節(jié)，這些數(shù)據(jù)在本發(fā)明中應(yīng)用于人體步態(tài)分析中，實際應(yīng)用骨骼追蹤功能時會出現(xiàn)一些噪聲，因此使用前一個重要的步驟就是對骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲去除；骨骼追蹤系統(tǒng)中存在兩種類型的噪聲，一類是由系統(tǒng)不穩(wěn)定對骨骼點坐標(biāo)產(chǎn)生干擾形成的高斯白噪聲，另外一種是沖擊噪聲，是由于人體運動過程會有某些部分遮擋，系統(tǒng)不能捕捉到某些骨骼點，此時只能返回推斷的骨骼點。因為這些噪聲的特點不同，因此使用不同的濾波器的組合進(jìn)行濾波；

第一階段消除抖動：

公式中為第一階段濾波值，xn為測試值，為前一幀第二階濾波值，α為第一階段噪聲抑制系數(shù)；

第二階段高斯噪聲的慮除：

公式中為第二階段濾波值，xn為測試值，β為第二階段噪聲抑制系數(shù)，bn為該幀趨勢，bn-1為前一幀趨勢，γ為趨勢控制系數(shù)；

5)計算下肢關(guān)鍵部位運動學(xué)曲線：

參照圖2，骨盆中心為pelviscenter、左髖節(jié)點hipleft、右髖節(jié)點hipright、左膝關(guān)節(jié)kneeleft、右膝關(guān)節(jié)kneeright、左踝關(guān)節(jié)ankleleft、右踝關(guān)節(jié)ankleright、左腳為footleft、右腳為footright。分別構(gòu)建向量l1、l2、l3、l4、r1、r2、r3、r4,向量的計算計算如下式

對于膝關(guān)節(jié)的運動角度θkneeleft、θkneeright和踝關(guān)節(jié)的運動角度θankleleft、θankleright，在本發(fā)明中將膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)簡化為一個自由度，因此其計算方法如下式

對于髖關(guān)節(jié)，在人體運動過程存在三個自由度，并且三個自由都是體現(xiàn)步態(tài)評價的關(guān)鍵因素；髖關(guān)節(jié)的運動規(guī)律的描述是相對骨盆進(jìn)行描述，因此需要先定義骨盆的局部坐標(biāo)系。骨盆局部坐標(biāo)坐標(biāo)原點定義在骨盆中心pelviscenter，其y軸定義為右髖關(guān)節(jié)指向左髖關(guān)節(jié)，其z軸方向定義為骨盆平面的垂線，其中骨盆平面由pelviscenter、hipright、hipleft三個點確定，所以骨盆的局部坐標(biāo)系定義為

骨盆的矢狀面運動角度θhipleftsag、θhiprightsag，冠狀面運動角度θhipleftcor、θhiprightcor，水平面運動角度θhiplefttra、θhiprighttra，定義proj(x,y)為任意向量向平面投影的公式，其中x為平面法向量，y為任意向量，各關(guān)節(jié)角度計算定義式如下

骨盆的位移和擺動角是相對全局坐標(biāo)系定義，其中pelviscenter的x坐標(biāo)為骨盆左右方向的位移，y坐標(biāo)為人體骨盆中心的上下方向的位移，z坐標(biāo)為人體骨盆中心的前后方向的位移。骨盆的擺動角度需要根據(jù)全局坐標(biāo)定義，全局坐標(biāo)系的x，y，z方向的單位坐標(biāo)向量為ig、jg、kg。骨盆的前后方向擺動角度θpelvistilt，冠狀面的上下方向擺動角度θpelvisobl，水平面方向的擺動角度θpelvisrot，且已知骨盆的局部坐標(biāo)系的三個相互垂直的方向向量在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為i、j、k，

6)步態(tài)事件捕捉：

準(zhǔn)確并且有效的探測步態(tài)事件是步態(tài)分析的關(guān)鍵，確定足跟著地(heelstrike)事件和腳尖離地(toeoff)事件可以將步態(tài)周期劃分為站立相和擺動相；步態(tài)周期的劃分允許在不同的跨步后期以及實驗中比較關(guān)節(jié)運動角度、力矩等參數(shù)，并且步態(tài)的站立相參數(shù)、擺動相參數(shù)也是步態(tài)判定的重要因素，所以精確一致的檢測這些步態(tài)事件非常關(guān)鍵。

步行踝關(guān)節(jié)與骨盆中心的深度方向上的距離變換規(guī)律近似正弦曲線，該曲線的峰值到達(dá)時刻與腳著地時刻正好耦合，該曲線的極小值與腳尖離地時刻相對應(yīng)，該曲線的峰值和谷值分別視為足跟著地事件hs時刻和腳尖to離地事件時刻，如下式所示，式中ths、tto分別代表足跟著地時刻和足尖離地時刻，xheel、xpelviscenter分別代表足跟和骨盆中心在行走方向上的全局坐標(biāo)分量，在本發(fā)明中以踝關(guān)節(jié)代替足跟，所以xheel＝xankle，

ths＝(xheel-xpleviscenter)max

tto＝(xheel-xpelviscenter)min

實驗表明，使用坐標(biāo)法步態(tài)事件檢測方法在跑步機(jī)上對受試對象進(jìn)行檢測，對于健康人足跟著地時刻檢測誤差平均值為0.0167s，腳尖抬起時刻的誤差為0.0051s；對于多硬化癥患者足跟著地檢測誤差平均值為0.0334s，腳尖抬起時刻的誤差為0.0083s；對于中風(fēng)患者足跟著地檢測誤差平均值為0.01336s，腳尖抬起時刻的檢測誤差為0.0167s；

7)步態(tài)參數(shù)計算：

支撐相參數(shù)tstand，支撐相根據(jù)某一側(cè)下肢進(jìn)行定義，即右側(cè)或左側(cè)下肢與地面接觸的階段，支撐相的開始時刻是足跟著地，支撐相階段結(jié)束的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)腳尖離地，式中tdown(n)表示足跟著地時刻，即支撐相開始時刻，toff(n)表示傳感器檢測足尖離地的時刻，即支撐相結(jié)束時刻，

tstand＝toff(n)-tdown(n)

擺動相參數(shù)tswing，擺動相是針對單側(cè)下肢進(jìn)行定義，當(dāng)該下肢與地面無接觸并且懸空運動的階段。擺動相開始的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)的腳尖離地，擺動相結(jié)束的標(biāo)志是相應(yīng)側(cè)腳跟再次著地。式中tdown(n)表示下一周期的開始時刻即足跟著地，

tswing＝tdown(n)-toff(n-1)

周期參數(shù)tstep，步行周期是針對單側(cè)下肢進(jìn)行定義，步行周期開始的標(biāo)志是該側(cè)足跟著地，直至下一次該側(cè)足跟再次著地為結(jié)束標(biāo)志，式

tstep＝tdown(n)-tdown(n-1)

節(jié)律參數(shù)cadence，是表征人體運動頻率的快慢指標(biāo)，一般定義為1分鐘內(nèi)單側(cè)腿完成步態(tài)循環(huán)的次數(shù)，

cadence＝60/tstep

步長參數(shù)lstep，步長參數(shù)是當(dāng)人連續(xù)步行時,連續(xù)左右的兩側(cè)下肢著地點的距離。一般定義為左腳跟著地到右腳跟著地的距離，計算方法如下，式中l(wèi)heell(n)為左腳本周期著地位置，lheelr(n)為右腳本周期著地位置，

lstep＝|lheell(n)-lheelr(n)|

跨步長參數(shù)lstride，跨步長參數(shù)是當(dāng)人連續(xù)行走時，對連續(xù)兩次同側(cè)著地點的距離，一般定義為單側(cè)腳印著地位置在前進(jìn)方向上的腳跟的位置的距離，式中l(wèi)heell(n)為本周期著地位置，lheell(n-1)為上周期左腳跟著地位置，

lstride＝|lheell(n)-lheell(n-1)|

步寬參數(shù)wstep，步寬定義為兩側(cè)足中線的位置，由于kinect傳感器可以有效的測量踝關(guān)節(jié)位置，因此在本發(fā)明中使用踝關(guān)節(jié)定義步寬，將連續(xù)左右兩步對應(yīng)的踝關(guān)節(jié)位置距離在與行走方向垂直的方向上的投影視為步寬的度量，

wstep＝|proj(lanklel(n)-lankler(n-1),kg)|

8)呈現(xiàn)運動曲線和步態(tài)參數(shù)：

計算機(jī)根據(jù)步驟5)完成關(guān)鍵部位計算的運動曲線，顯示多條人體下肢運動軌跡如圖3、圖4，根據(jù)步驟6)和步驟7)計算得到人體步態(tài)的支撐相參數(shù)1.038s、擺動相參數(shù)0.463s、周期參數(shù)1.502s、節(jié)律參數(shù)80.00次/min、步長參數(shù)0.453m、跨步長參數(shù)1.115m、步寬參數(shù)0.162m。