一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统

本发明涉及生物力学测量领域，尤其涉及一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统。

背景技术：

1、节律性动荷载是体育馆看台、音乐厅、健身房等工程结构的主要使用荷载，也是此类结构人致振动分析和安全性评估的基本输入参数。因此，获取准确的节律性动力荷载就显得至关重要。目前，传统方法主要通过测力台(板)或测力鞋垫等专用设备直接测量获得足底力。直接测量法设备昂贵、测试成本高且不利于大样本采集。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法，包括步骤：

2、s1：构建足底力与人体运动之间的定量关系方程；

3、s2：通过视频记录人体运动过程，获得运动视频；

4、s3：通过运动视频获取人体的质心位移；

5、s4：通过质心位移基于有限差分法计算获得人体的质心加速度；

6、s5：将质心加速度代入定量关系方程，计算获得足底力。

7、优选的，所述定量关系方程的表达式为：

8、fgrf(ti)＝ma(ti)+g

9、其中，fgrf(ti)为人体的足底力，单位为n；ti为时刻，i为照片帧数；m为人体的质量，单位为kg；a(ti)为人体的质心加速度，单位为m/s2；g为人体的静态体重，单位为n。

10、优选的，步骤s2具体为：

11、s21：在人体的后腰位置粘贴并固定标志点；

12、s22：通过摄像装置拍摄并记录人体节律性运动视频。

13、优选的，步骤s3具体为：

14、s31：对运动视频进行分帧处理，获得多帧照片；

15、s32：构建相机坐标系、图像坐标系和空间坐标系；

16、s33：将第i帧照片放入图像坐标系中，获取标志点在图像坐标系中的像素坐标q(xi,yi)，i为照片帧数；

17、s34：以相机坐标系的中心为起点将像素坐标q映射在空间坐标系中，获得标志点的空间坐标q(xi,yi,zi)；

18、s35：重复步骤s33-s34，获得各帧照片的标志点的空间坐标，将zi作为ti时刻的质心位移u(ti)。

19、优选的，空间坐标q(xi,yi,zi)的计算公式为：

20、

21、其中，li为转换因子，i＝1,2,...,12。

22、优选的，所述质心加速度的计算过程为：

23、v(ti)＝(u(ti+1)-u(ti))/δt

24、a(ti)＝(v(ti+1)-v(ti))/δt

25、ti＝i*δt

26、式中：u(ti+1)和u(ti)分别为ti+1和ti时刻的质心位移；v(ti+1)和v(ti)分别为ti+1和ti时刻的质心速度；a(ti)为ti时刻的质心加速度；ti为时刻，i为照片帧数；δt为视频的采样时间间隔。

27、一种基于人体运动捕捉的足底力测量系统，包括：

28、定量关系方程构建模块，用于构建足底力与人体运动之间的定量关系方程；

29、运动视频获取模块，用于通过视频记录人体运动过程，获得运动视频；

30、质心位移获取模块，用于通过运动视频获取人体的质心位移；

31、质心加速度获取模块，用于通过质心位移基于有限差分法计算获得人体的质心加速度；

32、足底力计算模块，用于将质心加速度代入定量关系方程，计算获得足底力。

33、本发明具有以下有益效果：

34、本发明提出一种间接的非接触式测量方法，基于足底力与人体运动之间的定量关系方程重构足底力；该方法利用手机或者普通相机等通用设备即可实现人体运动测量，进而重构得到准确的足底力，测试成本低、精度高且能够实现大规模采集。

技术特征：

1.一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，所述定量关系方程的表达式为：

3.根据权利要求1所述的基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，步骤s2具体为：

4.根据权利要求1所述的基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，步骤s3具体为：

5.根据权利要求4所述的基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，空间坐标q(xi,yi,zi)的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于人体运动捕捉的足底力测量方法，其特征在于，所述质心加速度的计算过程为：

7.一种基于人体运动捕捉的足底力测量系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种基于人体运动捕捉的足底力测量方法及系统，包括步骤：S1：构建足底力与人体运动之间的定量关系方程；S2：通过视频记录人体运动过程，获得运动视频；S3：通过运动视频获取人体的质心位移；S4：通过质心位移基于有限差分法计算获得人体的质心加速度；S5：将质心加速度代入定量关系方程，计算获得足底力。本发明提出一种间接的非接触式测量方法，基于足底力与人体运动之间的定量关系方程重构足底力；该方法利用手机或者普通相机等通用设备即可实现人体运动测量，进而重构得到准确的足底力，测试成本低、精度高且能够实现大规模采集。

技术研发人员：何卫,刘济凡,黄川,虎琳,孙业蒲
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14