[发明专利]基于足地作用力的步态特征提取方法及步态识别系统

说明书

技术领域

本发明属于模式识别技术领域，特别涉及基于足地作用力的步态特征提取方法及步态识别系统。

背景技术

步态识别利用人走路的姿势实现对个人身份的识别或生理、病理和心理特征步态的分类、识别，是生物特征识别技术领域中的一个新兴分支，具有其他生物特征识别技术共有的特性，即生物特征能随身携带，不需要记忆，具有唯一性和难以复制性等特点。同时，步态识别具有其他生物特征识别技术所不具有的独特优势，即步态信息可以远距离隐蔽且非接触地采集到，步态难以隐藏和伪装，是一种远距离生物特征识别技术。藉于此，步态识别应用前景广泛，尤其在安全敏感场所的身份识别或认证应用中更具潜力和优势。因为指纹、人脸、虹膜、掌纹、掌形、人耳、视网膜、DNA、气味、签名、语音和击键等生物特征识别技术在实际应用时均需要被检对象近距离密切配合才能完成信息采集，不具备隐蔽性，易引起犯罪分子的察觉进而采取伪造和模仿等反侦察手段，不太适用于安全敏感场所的安全认证需求；而且，所用的指纹、人脸、虹膜、掌纹、掌形、人耳、视网膜和气味等生理特征都是静态特征，易于伪造；击键、语音和签名这三种行为特征也容易被模仿；DNA鉴别技术虽然可靠性高，但采样也不是隐蔽式的，而且分析过程较长，要求高端的仪器设备，目前仅局限于实验室使用和法律鉴定中。

因为具有独特优势，步态识别近十几年来被广泛关注和研究，步态特征提取方法和步态识别方法、系统是关注的焦点。相对而言，计算机视觉领域的步态识别研究最早，最活跃，成果也最多，但由于种种客观因素的制约，给步态识别的实际应用带来了许多挑战。比如，计算机视觉领域的步态识别无法准确鉴别出刻意模仿的步态真正是哪个人的，而实际上人们也可以在视觉形貌上将别人的步态模仿得很像，产生几乎一样的步态图像信息；步态图像或视频获取过程中可能会受到复杂背景和自身遮挡等因素的干扰，难以准确地检测出人体目标和抽取出鲁棒的步态特征。因此，需要研究和发展基于其他步态信息的身份识别方法和系统，以适应高科技时代的安全认证需求。另外，在基于步态的身份识别以及基于步态的生理、病理和心理特征步态的分类或识别应用中，步态特征是关键，当前的步态特征提取方法大多集中在以图像序列的傅里叶变换、小波变换和Radon变换等表征步态的运动学特征，而实际上步态还有动力学特征，但由于现有技术未能从多角度多层次提取步态特征，从而不可能全面准确地提取出反映步态运动学和动力学特征的步态特征。

中国专利号ZL01144157.7公开了一种通过人体步行的步态图像序列来识别人员的方法，但该方法由于使用普通摄像机拍摄步态图像，还不能完美地解决复杂背景、遮挡和噪声干扰的问题，无法应用于夜间无光照的室外，也没有考虑刻意模仿步态的问题。中国专利申请公开号CN101251894A公开的一种可昼夜使用的步态识别方法和系统，因为依然是基于步态图像的识别方法，仍然无法处理刻意模仿和遮挡问题。中国专利号ZL200410014352.9公开的一种由四个六轴力平台构成的多轴力平台阵列，并通过该平台阵列获取人体行走时动态步态信息的方法，该平台阵列可用于人体平衡能力、协调能力和神经系统功能的测试和分析，但并未涉及步态特征提取和步态识别的方法。美国专利US 2002/0107649公开了一种检测步行时的声振荡信号的步态检测装置和步态检测方法，并用作个人识别系统，该个人识别系统要求在人体上放置麦克风(声-电转换器)，麦克风通过采集步行运动过程中的声振荡能量而获得电信号子集，使用此电信号子集作为一步的指标来检测步行周期，收集表示脚着地时的声振荡的信号子集，系统基于此信号子集提取人体特定的步态特征，并将其用于个人识别。但是该个人识别系统有两个不足：一是着地时的声振荡随着麦克风在人体上的放置部位而改变；二是由于受麦克风周围噪音和电噪声的主要影响，不能准确地确定表示脚着地时的声振荡电信号，也就难以准确地提取步态波形的特征。专利申请国际公布号WO/2004/040501公开了一种以规定频带内的波形峰值振幅作为参考指标，并从电场位移检测器中检测到的电信号中确定一步的步态波形和提取步态波形特征的方法和个人识别系统，该方法不受左、右腿之间的电荷干涉和传感器在身体上的安装部位影响，但由于电磁干扰会严重影响检测电信号的准确度，不适用于存在复杂电磁干扰的环境中。而且，美国专利US 2002/0107649A1和国际公布号WO/2004/040501所公开的技术方案中，其步态信息仍然是依靠安置在身体上的传感器采集，仍然是接触式测量方式，被测者能觉察得到，犯罪分子很容易因觉察而采取反侦察手段蒙混过关或被激怒以致于在人群中制造恐怖事件。

发明内容