基于OpenPose的异常步态行为检测与分析研究.pdf

摘要

在日常生活中，一些人由于身体机能衰退或受到外界环境的影响，可能会导致

下肢受损无法正常行走。因此需要一些手段和方法对这类群体进行治疗使他们能够

恢复正常行走。步态作为个体重要的生物特征在下肢康复领域发挥着重要的作用，

许多研究者针对不同人群的年龄、性别、身高等条件进行多方面的步态分析研究，

以研究个体步态运动中的运动学参数、动力学参数、时空学参数在不同条件下的变

化。本论文旨在研究一套步态行为检测程序来检测个体步态运动过程中是否存在异

常，并且能够评估个体步态异常程度。主要完成的工作包括：

1、在查阅了近几年国内外文献后总结了步态研究的相关理论技术、计算机视觉

检测的研究现状和成果，从计算机视觉检测人体姿态的研究发展中，验证了计算机

视觉在人体姿态检测的适用性并将其应用于本论文的步态行为研究。

2、首先是收集个体正常和异常步态行为视频集，然后使用OpenPose检测个体步

态行为的人体骨骼关节点并证明检测的人体骨骼关节点的准确性，最后验证

OpenPose检测技术是否可以进行步态识别相关的研究。

3、通过对检测的个体步态行为数据的处理，研究基于周期性、下肢髋、膝、踝

关节角度参数下正常和异常步态个体运动时存在的特征性和差异性，证明正常步态

和异常步态个体间存在的特征关系。

4、通过需求分析设计出一套符合使用者操作的程序模块，然后完成异常步态行

为检测平台的搭建，并选取4组正常和异常步态个体运动数据集作为样本验证该程序

的可靠性。

本研究通过OpenPose检测了个体步态运动时的人体骨骼关节点数据，并结合现

有的技术和方法证明了OpenPose检测人体骨骼关节点数据的准确性，得到了相对较

好的准确度，其对个体步态行为的检测表现良好；从时空参数、运动学参数分析了

正常与异常步态个体运动时的下肢特征和变化规律，通过试验对比验证了正常和异

常步态行为在一定条件下具有差异性的特征，得到了OpenPose检测技术可以应用于

步态识别研究；利用4组样本测试异常步态行为检测程序的检测效果，得到程序能够

准确识别出异常步态个体，并且该程序检测样本的效果良好。基于OpenPose的异常

步态行为检测程序为下肢康复领域的研究提供了一定的贡献和价值，首先可以帮助

步态康复医疗机构检测患者的步态行为，获取评估结果获取患者步态的受损程度，

更好地了解患者的步态异常情况，以此制定更科学的、更佳的康复方案提高治疗效

果和康复率。最后，本研究的部分成果为步态康复领域的研究提供了新的研究思路

和启示，具有一定的研究价值和意义。

关键词：步态识别；OpenPose；步态特征；关节角度；步态行为检测

ABSTRACT

Indailylife,somepeoplemaycausethelowerlimbstobedamagedandcannotwalk

normallyduetophysicalfunctiondeclineoraffectedbytheexternalenvironment.Therefore,

thereisaneedforsomemeansandmethodstotreatsuchgroupssothattheycanresume

normalwalking.Asanimportantbiologicalfeatureofindividuals,gaitplaysanimportant

roleinthefieldoflowerlimbrehabilitation.Manyresearchershaveconductedvariousgait

analysisstudiesontheage,gender,heightandotherconditionsofdifferentpopulationsto

studythechangesofkinematic,dynamicparametersandspatiotemporalparametersof

individualgaitmovementunderdifferentconditions.Thispaperintendstos