足底压力形成与人体多影响因素关系机理及测量系统研究

摘要

在人类社会飞速的发展中,信息技术起到越来越重要的作用,社会对于信息安全的要求也随之提高。在信息安全中,身份的确定是一个重要课题。在这一环境下生物识别技术受到了广泛的关注。基于足底压力的身份识别是步态识别中的一个新兴领域,该识别技术继承了步态识别所具有的优点,例如:不需要被识别人配合即可以完成身份确定、人体行走步态不容易伪装或者隐藏、采集设备简单等,同时还排除了传统步态识别中远距离拍摄人体行走图像质量对识别效果的影响、拍摄角度带来人体影像畸变对识别效果的影响,不需要对图像进行处理节省识别时间等优势。
　　目前基于足底压力进行身份识别的研究尚处于起步阶段。本课题在对步态特征进行研究的基础上建立起了一套足底压力采集系统,初步对足底压力与人体因素之间的相关性进行试验阶段的分析。本文主要研究内容如下:
　　首先对生物识别技术进行了简单介绍,介绍了步态识别的研究现状,步态识别在非侵扰识别环境下的优势以及足底压力的采集设备构造等。对行走过程中足底压力的基本知识,人体生理结构,人体行走过程中各种状态等进行了介绍。并且对人体下肢系统和足部进行了建模,对用于进行身份识别的特征量进行研究,对人体身体特征对足底压力产生的影响进行理论分析。
　　其次建立了一套足底压力采集系统,通过应变电桥原理将第一趾骨、第一跖骨、第二跖骨、第三跖骨、第四跖骨、第五跖骨、足弓、足跟等8处的足底压力信号转换成电信号,然后通过信号处理模块的放大滤波之后,经由模数转换模块转变为数字信号,并通过串口通信将数据上传到上位机软件中。上位机软件将采集来的数据进行处理并保存为Excel格式文件。同时,上位机软件具有数据的提取、处理、以及生成曲线图、直方图的功能,直观地呈现出易于接受的图形化界面,便于进行分析。
　　最后提取了足底压力数据,初步对足底压力与性别、年龄、BMI(身高体重指数)之间的相关性关系进行了分析,同时分析了是由于哪些因素导致了这些差异的产生,将实验数据和建模推导出的数据进行了相互验证。验证了模型的准确性和实验数据的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1-1课题背景及意义

§1-2足底压力简介

§1-3足底压力特征及其生物特征识别应用

§1-4足底压力特征获取方式与技术及其应用

§1-5足底压力的应用

§1-6本文主要内容

第二章 足底压力形成机理

§2-1 引言

§2-2足底压力特征的生理描述

§2-3足底压力特征的模型及定义

§2-4人体下肢系统建模

§2-5向心力计算

§2-6足部力学模型

§2-7足底皮肤在压力形成过程中的作用

§2-8本章小结

第三章 足底压力模型分析

§3-1 引言

§3-2性别对足底压力影响分析

§3-3年龄对足底压力影响分析

§3-4 BMI对足底压力影响分析

§3-5 本章小结

第四章 足底压力测量系统研究

§4-1 引言

§4-2 足底压力测量系统硬件研究

§4-3 足底压力测量系统软件研究

§4-4

§4-5本章小结

第五章 足底压力与人体影响因素关系实验研究

§5-1 引言

§5-2足底压力采集实验

§5-3足底压力数据分析

§5-4人体多因素综合分析

§5-5 本章小结

第六章 结论与展望

§6-1 结论

§6-2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果