步态特征的概念

８４　传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）　２０１０年第２９卷第６期　

基于角度统计特征的步态识别　郭军波，朱莉，王克奇　（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）　摘要：提取角度统计特征，为步态识别提出了一种新途径。用统计的方法，等角度间隔地计算归一化步　态轮廓图像各像素点至质心距离的均值与方差，并用其构造步态识别的特征向量。与提取步态轮廓图像　边界特征的方法相比，该方法具有算法简单、运算速度快、无需建立复杂的数学模型等优点。以Ｍａｒｌａｂ７．５　为平台，以中科院自动化研究所提供的ＣＡＳＩＡ数据库为样本进行了大量实验，实验结果表明：该步态识别　方法具有较好的识别性能。　关键词：步态；模式识别；图像处理；特征提取　中图分类号：ＴＰ　３９１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－９７８７（２０１０）０６－－００８４－０３　Ｇａｉｔ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎｇｌｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ＧＵＯ　Ｊｕｎ—ｂｏ，ＺＨＵ　Ｌｉ，ＷＡＮＧ　Ｋｅ—ｑｉ　（ＣｏＨｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｈａｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｇｌｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　Ｈｅｗ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ｇａｉｔ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ａｎｇｌｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｍｅａｎ　ａｎｄ　ｖａｒｉａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｉｘｅｌｓ　ｔｏ　ｃｅｎｔｒｏｉｄ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ｇａｉｔ　ｓｉｌｈｏｕｅｔｔｅ　ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｏｆ　ｇａｉｔ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｉｔ　ｓｉｌｈｏｕｅｔｔｅ　ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｉｓ　ｆａｓｔ．ａｎｄ　ｉｔ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｏｎｅ　ｂｙ　Ｍａｔｌａｂ７．５，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＣＡＳＩＡ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｂｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｉｔ；ｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｆｅａｔｕｒｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　０引　言　步态识别作为一种新兴的生物特征识别方法，目前尚　处在研究阶段。各国研究者们提出的方法很多，目前主要　分为两大类：基于模型的方法和基于统计学的方法…。　在步态识别问题中，重要的是提取出步态特征，本文主　要研究的就是一种基于统计学的特征提取方法。主要思路　是先计算出步态轮廓图像中各个像素点到质心的距离，然　后，统计等角度问隔的扇形区域内各像素点到质心距离的　均值与方差，用各个扇形区域的均值与方差构造特征向量。　特征提取出来后，运用遗传算法进行特征选择，去掉一些冗　余特征，降低特征向量的维数并提高识别率。通过实验比　较　近邻，ＢＰ神经网络和支持向量机的分类结果，证明该　特征提取方法的有效性。步态轮廓图像的获取方法有很多　种，目前比较流行的方法是：先用ＣＣＤ摄像机获取人体步　态视频，然后，从视频中提取出一些连续的帧，最后，用背景　减除法获得步态轮廓图像【２］，本文对此不作详细介绍。　收稿日期：２００９－１０—１４　实验样本来自中科院自动化研究所提供的ＣＡＳＩＡ数据库。　１步态特征提取　１．１　质心的计算　假设矩阵，为经过二值化和归一化后的步态轮廓图　像，，（　，，，）为图像中某一点的行列下标，视其为笛卡尔坐标　系中的横纵坐标。那么，步态轮廓图像的质心坐标ｘ　，Ｙ　）　可以由公式（１）和公式（２）进行计算　Ｎ　＝∑　，　（１）　Ｎ　Ｙ。＝∑Ｙ　．　（２）　其中，Ⅳ为步态轮廓图像中为“ｌ”的像素点的总数。　１．２计算各点相对于质心的极坐标　为方便后续特征的提取，先构造一个以质心为极点的　极坐标系，计算出各个像素点的极坐标。　１）用公式（３）计算各点到质心的距离　Ｐ：￣／（　—　）。＋（），一Ｙ　）　．　（３）

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人体步态的生物力学特征与步态分析

作者：姜丹阳

来源：《体育时空》2016年第05期

摘 要 步行是人类运动最基本的方式， 加强对步态的动作研究，有利于我们对人体运动规律进行更深入的了解，有利于人体运动障碍疾病的治疗和恢复。本文在国内外相关研究成果的基础上，总结归纳出步态的一般生物力学原理和步态分析的基本方法，为进一步对步态的研究奠定基础。

关键词 步态 生物力学 研究方法 分析

一、步态的生物力学原理

步态是人类步行的行为特征。步行是人类生存的基础，是人类与其它动物区别开来的关键特征之一。正常时的步行不需要思考，然而步行的控制却是十分复杂的，包括中枢命令，身体平衡以及协调控制，涉及足、踝、膝、髋、躯干、颈、肩、臂的肌肉和关节的协同运动。其中任何环节的失调都有可能影响到步态。 步行是全身肌肉参与，包括人体重心移位，骨盆倾斜旋转，髋、膝、踝关节伸屈及内外旋展等，使人体发生位移的一种复杂的随意性运动。行走过程中，从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地形成1个步态周期。对指定的下肢而言，1个步态周期活动可分为支撑时相和摆动时相。支撑时相又分为脚跟着地、脚趾着地、支撑中期、脚跟离地、蹬离期和趾离地诸动作阶段。摆动时相分为加速期、摆动期和减速期。正常行走时，支撑时相约占整个步态周期的60%—65%，因此，当一侧下肢进入支撑时相时，另侧下肢尚未离地，两下肢同时负重称为双肢负重期。双肢负重期约占全周期的28.8%，占支撑时相的44.8%，支撑时相的其它时间为单肢负重期。随着年龄的增长，单、双支撑时相占步态周期的比例也随之增加。不同性别和身高的人，其支撑时相和摆动时相所占的比例无明显差异。

二、步态分析

步态分析是用运动生物力学的概念、处理手段和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体行走的功能状态进行分析的一种生物力学研究方法。随着科学技术的发展，由先进的传感器、高速摄像机、微型计算机等组成的综合步态分析系统，使步态分析方法得以在康复医学研究中越来越深入的开展，该系统可不受外界干扰，同时提供行走时人体的重心的空间位移、速度、加速度、地面支反力、肌肉及关节活动情况、关节内力及力距的变化等多种人体运动的信息，1个人的步态将会像体温、血压那样，从1个侧面反映出人体的健康状况和病态特征。其中影响步态的六大因素分别为：髋部旋转，髋部侧面下降，支撑阶段的膝关节弯曲，踝关节的滚动运动，下肢在平面中的转动以及膝内收。 龙源期刊网

保证的概念、特征

《担保法》第六条规定：“本法所称保证，是指保证人和债权人约定，当债务人不履行债务时，保证人按照约定履行债务或者承担责任的行为。”

《担保法》第七条规定：“具有代为清偿债务能力的法人、其他组织或者公民，可以作保证人。”

《担保法》第十三条规定：“保证人与债权人应当以书面形式订立保证合同。”

（一）保证的概念

保证，是指保证人和债权人约定，当债务人不履行债务时，保证人按照约定履行债务或者承担责任的行为。保证具有以下三个方面的含义：

1、保证是一种双方的民事法律行为。

保证须由债权人与保证人双方的意思表示一致才可成立。凡仅由一方的意思表示即可成立的保证，不是民法上的普通保证。如票据法上的保证，即使有保证人一方的意思表示即可成立。

2、保证是担保债务人履行债务的行为。

保证是双方约定由保证人担保债务人履行债务的，所以保证人只能是债务人以外的第三人，也就是说被保证人只能是保证当事人以外的人。保证人与被担保履行债务的债务人不能是一人，因此，凡对自己的行为所作的保证，都不属于担保法上的保证。

3、保证是约定于债务人不履行债务时由保证人承担保证责任的行为。

保证人的保证是以债务人不履行债务为生效要件。因此，凡不能发生保证人保证债务，或不是在债务人不履行债务时才负担保证债务的保证，均不是担保法上的保证。

（二）保证的特征

保证具有以下五个特征：

1、保证具有从属性

保证与所担保的债形成主从关系，保证之债是一种从债，保证合同是主合同的从合同，保证债务是主债务的从债务。保证的从属性主要表现在以下几个方面：

（1）保证的存在从属于主债。保证合同以主合同的有效存在为存在前提，保证债务以主债务的存在为存在前提。在一般情况下，保证合同的订立是以主合同的

存在为基础和前提的，但在某些情况下，也可以先订立保证合同，而后订立主合同，但不论在何种情况下，只有主债务有效存在，保证债务才能有效存在。

（2）保证的范围与强度从属于主债。保证人与债权人可以协商保证人担保的债权范围，但双方约定保证债务的范围与强度不得大于或强于主债务。当事人约定的保证债务的范围与强度大于或强于主债务的，就减至主债务的限度。

中国组织工程研究第７７眷　亨４７　２０１３—１０—０８出版　ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｍａｌｏｆＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｎｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　８－２０１３　Ｖｏ１．１７，Ｎｏ．４１　ｗｗｗ．ＣＲＴＥＲ．ｏｒｇ　

ｄｏｉ：ｌＯ．３９６　．ｉｓｓｎ．２０９５－４３４４．２０１３．４１．０２２　ｆｈ印：／／ｗｗｗ．ｃ廊　ｏ吲　茂群，两世林．肖农．任永平．张红运．豫玉霞．文ｌｊ玲，齄性瘫痪死童的步态特征分析　，中国组织Ｉ程研究．２０１３．１７ｌ４１）：７３２９　３３４　

脑性瘫痪儿童的步态特征分析　

冉茂群１周世林　，肖农’，任永平’，张红运’，陈玉霞１，刘玲’（’重庆医科大学儿童医院康复科，重庆市４０００１４；　重庆福　

尔泰矫形康复器材有限公司，重庆市４０００１０）　

文章亮点：　

１此问题的已知信息：应用三维步态分析对脑瘫患儿步态特征以及运动协调性研究具有一定的代表性。　

２文章增加的新信息：三维步态分析中各参数对脑瘫患儿步行能力的评价具有指导临床训练的应用价值。　

支具辅助下姿势控制，能有效改善患儿的姿势和运动能力。基底节区影像学改变和不同分型对脑瘫患儿运动　

能力的改善有一定程度的影响。　３临床应用的意义：步态运动学各参数可作为脑瘫患儿步行能力的评价指标，支具控制是改善脑瘫患儿步　

态的方法之一。　

关键词：　

组织构建；组织构建学术探讨；脑瘫；三维；步态；生物力学；运动学；发育障碍；癫痫；膝关节；踝关节　主题词：　

神经系统疾病；运动失调；舞蹈症；步态障碍，神经性；步态失调　

摘要　

背景：脑瘫患儿的步态异常较常见，如何控制改善步态是康复治疗的重点。　

目的：分析脑瘫患儿步态的生物力学参数，并观察支具控制对不随意运动型脑瘫患儿运动能力的影响。　

方法：研究对比脑瘫忠儿和正常儿童在起步过程中以及步行中的生物力学参数，起步过程中的生物力学参数　

包括时空参数，膝、踝关节活动度的运动学参数以及动力学参数；步行中的生物力学参数包括时空参数。不　随意运动型脑瘫患儿均接受支具控制辅助下徒手体位控制、减重步态训练、Ｓ－Ｅ－Ｔ的３个月治疗，治疗前后