專利名稱：一種基于瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體肢體運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法領(lǐng)域，具體為一種基于瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
生物識(shí)別技術(shù)利用人體的特征進(jìn)行身份驗(yàn)證，這些特征包括指紋、聲音、面部、虹膜、DNA、簽名的動(dòng)作、行走的步態(tài)等，與其他生物識(shí)別技術(shù)不同，步態(tài)識(shí)別可以在遠(yuǎn)距離進(jìn)行，在一定的距離上雖然人臉模糊不清，但是步態(tài)卻清晰可見(jiàn)，步態(tài)識(shí)別還具有非強(qiáng)迫性，不需要被識(shí)別者特意合作，令被識(shí)別者不易察覺(jué)，并具有不易隱藏模仿等特性，因此步態(tài)學(xué)的研究對(duì)于逮捕罪犯有一定的幫助，但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)步態(tài)識(shí)別的研究還不多，還沒(méi)有什么新的進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有基于步態(tài)的身份識(shí)別方法的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種基于步態(tài)時(shí)相分解與瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法，其特征在于包括以下步驟
(I)、步態(tài)特征提取和識(shí)別將攝像機(jī)的位置固定，拍攝角度與被拍攝對(duì)象的行走方向垂直，從視頻連續(xù)拍攝的一系列行走圖像中提取出被拍攝對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)側(cè)面輪廓圖像。在這一步分為三步使用背景減除等方法提取出初步輪廓，再通過(guò)形態(tài)學(xué)算法降低噪聲影響，最后將提取出的輪廓圖像進(jìn)行大小標(biāo)準(zhǔn)化。(2)、計(jì)算步態(tài)周期對(duì)行走圖像中的每一幅側(cè)面輪廓圖計(jì)算出擺動(dòng)距離，即輪廓中所有點(diǎn)到輪廓質(zhì)心的距離和。當(dāng)邁步時(shí)擺動(dòng)距離較大，兩腿交疊時(shí)擺動(dòng)距離較小，在一個(gè)系列的行走圖像中，擺動(dòng)距離呈現(xiàn)出近似周期性的性質(zhì)。由于極大值通常比較明確，受噪聲干擾較小，取奇數(shù)極大值點(diǎn)的平均時(shí)間差值作為步態(tài)周期；
(3)、計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖先按照(2)中得到的擺動(dòng)距離極值點(diǎn)，將步態(tài)周期分解為步態(tài)時(shí)相，在生物學(xué)的步態(tài)時(shí)相劃分中，雙腳單獨(dú)劃分，對(duì)每一只腳，支撐相約占60%，擺動(dòng)相約占40%，而一只腳的擺動(dòng)相與另一只腳的支撐相是重合的，在行走圖像的側(cè)面圖中可以認(rèn)為雙腳是對(duì)稱的，不做區(qū)分，因此將步態(tài)周期分解為兩個(gè)時(shí)相，即雙支撐相與單支撐相，前者為雙腳同時(shí)支撐，對(duì)應(yīng)雙腳支撐相的重疊部分，在一個(gè)步態(tài)周期中出現(xiàn)兩次，約各占步態(tài)周期的10%，以擺動(dòng)距離的極大值點(diǎn)為中心，對(duì)每個(gè)極大值取步態(tài)周期的10%作為雙支撐相，其余為單支撐相，對(duì)每類時(shí)相，分別按以下步驟計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖
a.時(shí)間間隔均勻地指定s個(gè)時(shí)刻為關(guān)鍵時(shí)刻，將每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的圖像稱為瞬時(shí)圖。取所有步態(tài)數(shù)據(jù)中，該時(shí)相包含的最小幀數(shù)作為s，以得到盡可能多的瞬時(shí)b.對(duì)同一被拍攝對(duì)象的同時(shí)相，每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的瞬時(shí)圖進(jìn)行平均，得到一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)，各個(gè)時(shí)刻的平均瞬時(shí)圖，作為計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖的基礎(chǔ)；
c.在瞬時(shí)圖基礎(chǔ)上計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖。對(duì)每個(gè)時(shí)刻，該時(shí)刻的瞬時(shí)步態(tài)能量圖，定義為該時(shí)刻的瞬時(shí)圖，與其它時(shí)刻的瞬時(shí)圖按與該時(shí)刻的時(shí)間間隔進(jìn)行衰減后疊加的結(jié)果。在計(jì)算中需要一個(gè)衰減因子，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般取0.8 ;
(4)、通過(guò)瞬時(shí)步態(tài)能量圖可以用不同方法提取特征向量，代表被拍攝對(duì)象的步態(tài)特性，根據(jù)特征向量對(duì)被拍攝對(duì)象做分類識(shí)別，標(biāo)識(shí)其不同身份。在該方法中使用兩種特征向量，一是瞬時(shí)步態(tài)能量圖與輪廓圖的差值，取s個(gè)時(shí)刻的最大差值，稱為步態(tài)偏移圖；對(duì)雙支撐相與單支撐相分別得出一個(gè)步態(tài)偏移圖，共有兩個(gè)；二是步態(tài)能量圖本身，即一個(gè)步態(tài)周期中的瞬時(shí)圖平均值；得到特征向量后進(jìn)行分類，由于步態(tài)識(shí)別研究的重點(diǎn)在特征提取與表達(dá)，一般在分類階段只使用簡(jiǎn)單的最近鄰分類法。本發(fā)明比生物識(shí)別技術(shù)更加的簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)低質(zhì)量的側(cè)面輪廓具有很好的適應(yīng)性，并能夠快速地進(jìn)行身份識(shí)別，對(duì)于預(yù)防犯罪有很好的幫助。
具體實(shí)施例方式一種基于步態(tài)時(shí)相分解與瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法，包括以下步驟
(I)、步態(tài)特征提取和識(shí)別將攝像機(jī)的位置固定，拍攝角度與被拍攝對(duì)象的行走方向垂直，從視頻連續(xù)拍攝的一系列行走圖像中提取出被拍攝對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)側(cè)面輪廓圖像。在這一步分為三步使用背景減除等方法提取出初步輪廓，再通過(guò)形態(tài)學(xué)算法降低噪聲影響，最后將提取出的輪廓圖像進(jìn)行大小標(biāo)準(zhǔn)化。(2)、計(jì)算步態(tài)周期對(duì)行走圖像中的每一幅側(cè)面輪廓圖計(jì)算出擺動(dòng)距離，即輪廓中所有點(diǎn)到輪廓質(zhì)心的距離和。當(dāng)邁步時(shí)擺動(dòng)距離較大，兩腿交疊時(shí)擺動(dòng)距離較小，在一個(gè)系列的行走圖像中，擺動(dòng)距離呈現(xiàn)出近似周期性的性質(zhì)。由于極大值通常比較明確，受噪聲干擾較小，取奇數(shù)極大值點(diǎn)的平均時(shí)間差值作為步態(tài)周期；
(3)、計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖先按照(2)中得到的擺動(dòng)距離極值點(diǎn)，將步態(tài)周期分解為步態(tài)時(shí)相，在生物學(xué)的步態(tài)時(shí)相劃分中，雙腳單獨(dú)劃分，對(duì)每一只腳，支撐相約占60%，擺動(dòng)相約占40%，而一只腳的擺動(dòng)相與另一只腳的支撐相是重合的，在行走圖像的側(cè)面圖中可以認(rèn)為雙腳是對(duì)稱的，不做區(qū)分，因此將步態(tài)周期分解為兩個(gè)時(shí)相，即雙支撐相與單支撐相，前者為雙腳同時(shí)支撐，對(duì)應(yīng)雙腳支撐相的重疊部分，在一個(gè)步態(tài)周期中出現(xiàn)兩次，約各占步態(tài)周期的10%，以擺動(dòng)距離的極大值點(diǎn)為中心，對(duì)每個(gè)極大值取步態(tài)周期的10%作為雙支撐相，其余為單支撐相，對(duì)每類時(shí)相，分別按以下步驟計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖
a.時(shí)間間隔均勻地指定s個(gè)時(shí)刻為關(guān)鍵時(shí)刻，將每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的圖像稱為瞬時(shí)圖。取所有步態(tài)數(shù)據(jù)中，該時(shí)相包含的最小幀數(shù)作為s，以得到盡可能多的瞬時(shí)b.對(duì)同一被拍攝對(duì)象的同時(shí)相，每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的瞬時(shí)圖進(jìn)行平均，得到一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)，各個(gè)時(shí)刻的平均瞬時(shí)圖，作為計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖的基礎(chǔ)；
c.在瞬時(shí)圖基礎(chǔ)上計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖。對(duì)每個(gè)時(shí)刻，該時(shí)刻的瞬時(shí)步態(tài)能量圖，定義為該時(shí)刻的瞬時(shí)圖，與其它時(shí)刻的瞬時(shí)圖按與該時(shí)刻的時(shí)間間隔進(jìn)行衰減后疊加的結(jié)果。在計(jì)算中需要一個(gè)衰減因子，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般取0.8 ;
(4)、通過(guò)瞬時(shí)步態(tài)能量圖可以用不同方法提取特征向量，代表被拍攝對(duì)象的步態(tài)特性，根據(jù)特征向量對(duì)被拍攝對(duì)象做分類識(shí)別，標(biāo)識(shí)其不同身份。在該方法中使用兩種特征向量，一是瞬時(shí)步態(tài)能量圖與輪廓圖的差值，取s個(gè)時(shí)刻的最大差值，稱為步態(tài)偏移圖；對(duì)雙支撐相與單支撐相分別得出一個(gè)步態(tài)偏移圖，共有兩個(gè)；二是步態(tài)能量圖本身，即一個(gè)步態(tài)周期中的瞬時(shí)圖平均值；得到特征向量后進(jìn)行分類，由于步態(tài)識(shí)別研究的重點(diǎn)在特征提取與表達(dá)，一般在分類階段只使用簡(jiǎn)單的最近鄰`分類法。
權(quán)利要求
1.一種基于步態(tài)時(shí)相分解與瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法，其特征在于包括以下步驟(1)、步態(tài)特征提取和識(shí)別將攝像機(jī)的位置固定，拍攝角度與被拍攝對(duì)象的行走方向垂直，從視頻連續(xù)拍攝的一系列行走圖像中提取出被拍攝對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)側(cè)面輪廓圖像；在這一步分為三步使用背景減除等方法提取出初步輪廓，再通過(guò)形態(tài)學(xué)算法降低噪聲影響，最后將提取出的輪廓圖像進(jìn)行大小標(biāo)準(zhǔn)化；(2)、計(jì)算步態(tài)周期對(duì)行走圖像中的每一幅側(cè)面輪廓圖計(jì)算出擺動(dòng)距離，即輪廓中所有點(diǎn)到輪廓質(zhì)心的距離和；當(dāng)邁步時(shí)擺動(dòng)距離較大，兩腿交疊時(shí)擺動(dòng)距離較小，在一個(gè)系列的行走圖像中，擺動(dòng)距離呈現(xiàn)出近似周期性的性質(zhì)；由于極大值通常比較明確，受噪聲干擾較小，取奇數(shù)極大值點(diǎn)的平均時(shí)間差值作為步態(tài)周期；(3)、計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖先按照(2)中得到的擺動(dòng)距離極值點(diǎn)，將步態(tài)周期分解為步態(tài)時(shí)相，在生物學(xué)的步態(tài)時(shí)相劃分中，雙腳單獨(dú)劃分，對(duì)每一只腳，支撐相約占60%，擺動(dòng)相約占40%，而一只腳的擺動(dòng)相與另一只腳的支撐相是重合的，在行走圖像的側(cè)面圖中可以認(rèn)為雙腳是對(duì)稱的，不做區(qū)分，因此將步態(tài)周期分解為兩個(gè)時(shí)相，即雙支撐相與單支撐相，前者為雙腳同時(shí)支撐，對(duì)應(yīng)雙腳支撐相的重疊部分，在一個(gè)步態(tài)周期中出現(xiàn)兩次，約各占步態(tài)周期的10%，以擺動(dòng)距離的極大值點(diǎn)為中心，對(duì)每個(gè)極大值取步態(tài)周期的10%作為雙支撐相，其余為單支撐相，對(duì)每類時(shí)相，分別按以下步驟計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖a.時(shí)間間隔均勻地指定s個(gè)時(shí)刻為關(guān)鍵時(shí)刻，將每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的圖像稱為瞬時(shí)圖；取所有步態(tài)數(shù)據(jù)中，該時(shí)相包含的最小幀數(shù)作為s，以得到盡可能多的瞬時(shí)圖；b.對(duì)同一被拍攝對(duì)象的同時(shí)相，每個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的瞬時(shí)圖進(jìn)行平均，得到一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)，各個(gè)時(shí)刻的平均瞬時(shí)圖，作為計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖的基礎(chǔ)；c.在瞬時(shí)圖基礎(chǔ)上計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖；對(duì)每個(gè)時(shí)刻，該時(shí)刻的瞬時(shí)步態(tài)能量圖，定義為該時(shí)刻的瞬時(shí)圖，與其它時(shí)刻的瞬時(shí)圖按與該時(shí)刻的時(shí)間間隔進(jìn)行衰減后疊加的結(jié)果；在計(jì)算中需要一個(gè)衰減因子，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般取O. 8 ；(4)、通過(guò)瞬時(shí)步態(tài)能量圖可以用不同方法提取特征向量，代表被拍攝對(duì)象的步態(tài)特性，根據(jù)特征向量對(duì)被拍攝對(duì)象做分類識(shí)別，標(biāo)識(shí)其不同身份；在該方法中使用兩種特征向量，一是瞬時(shí)步態(tài)能量圖與輪廓圖的差值，取s個(gè)時(shí)刻的最大差值，稱為步態(tài)偏移圖；對(duì)雙支撐相與單支撐相分別得出一個(gè)步態(tài)偏移圖，共有兩個(gè)；二是步態(tài)能量圖本身，即一個(gè)步態(tài)周期中的瞬時(shí)圖平均值；得到特征向量后進(jìn)行分類，由于步態(tài)識(shí)別研究的重點(diǎn)在特征提取與表達(dá)，一般在分類階段只使用簡(jiǎn)單的最近鄰分類法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于瞬時(shí)步態(tài)能量圖的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別方法，依次包括步態(tài)特征提取和識(shí)別、計(jì)算步態(tài)周期、計(jì)算瞬時(shí)步態(tài)能量圖、計(jì)算對(duì)象的特征向量幾個(gè)步驟。本發(fā)明比生物識(shí)別技術(shù)更加的簡(jiǎn)單，對(duì)低質(zhì)量的側(cè)面輪廓具有很好的適應(yīng)性，對(duì)于預(yù)防犯罪有很好的幫助。
文檔編號(hào)G06K9/00GK103065125SQ201210586920
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者陳擁權(quán), 張羽, 胡翀豪 申請(qǐng)人:合肥寰景信息技術(shù)有限公司