JP2002342749A - 足跡分析装置 - Google Patents

足跡分析装置

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JP2002342749A
JP2002342749A JP2001152198A JP2001152198A JP2002342749A JP 2002342749 A JP2002342749 A JP 2002342749A JP 2001152198 A JP2001152198 A JP 2001152198A JP 2001152198 A JP2001152198 A JP 2001152198A JP 2002342749 A JP2002342749 A JP 2002342749A
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walking
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JP2001152198A
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English (en)
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Kunihiko Nishibe
邦彦 西部
Satoru Sugitani
悟 杉谷
Naoki Suganuma
直樹 菅沼
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Hitachi Kiden Kogyo Ltd
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Hitachi Kiden Kogyo Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 訓練のデータを記録して、訓練状況を定量的
に把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診
断装置に応用することができる足跡分析装置を提供する
こと。 【解決手段】 歩行画像を取り込む画像取り込み装置2
と、この画像取り込み装置2の画像を演算処理する画像
演算装置と、画像演算装置の演算結果を表示する表示装
置4と、演算結果を記憶する記憶装置とを備え、画像取
り込み装置2の画像視野範囲に、座標の基準となる識別
部材20〜23を配設するとともに、画像演算装置が、
予め設定した識別部材20〜23の位置又は形状から、
画像取り込み装置2が取り込んだ歩行画像の座標の演算
を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高齢者や足腰の不
自由な人、足腰などの手術後のリハビリ患者などの使用
に適した足跡分析装置に関し、特に、訓練のデータを記
録することができる足跡分析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】歩行訓練は、高齢者や足腰の不自由な人
や、手術後の患者等のリハビリにおいて多く採用され、
なかでも、平行棒型の歩行装置はこの訓練の補助をなす
器具として多用されている。この平行棒型の歩行装置
は、一対の平行棒を支柱により手摺り状に略水平に配設
したものからなり、平行棒につかまって歩行することに
より、足腰の訓練を行うようになっている。一方、足跡
分析装置は、このような歩行訓練の際に使用されるもの
であり、従来の足跡分析装置は、歩行後に足や靴などに
付けた粉の位置から足跡位置の解析をしたり、床全面に
張り巡らせた歩行位置検出センサを用いて、歩行後に解
析をしたり、足に赤外線を反射するマーカーを取り付
け、赤外線カメラでその歩行挙動を解析するとともに、
床に設けた足の力を検出する床反力計によりその足跡位
置を分析するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の足跡分析装置においては、足の裏に粉を付けたり、
足にマーカーを付けたりするわずらわしさがあったり、
床全面に張り巡らせた歩行位置検出センサは価格が高か
ったり、赤外線カメラによるマーカーの挙動解析は床反
力計と同時に用いるため価格が高かったりすることか
ら、実質的には普及率が低いという現状がある。したが
って、歩行訓練を実施しても、歩行挙動に関する定量的
な訓練データの把握が困難となり、これにより、医者や
理学療法士において、訓練状況の定量的な把握がしにく
いという問題点があった。
【0004】本発明は、従来の足跡分析装置の問題点を
解決し、訓練のデータを記録して、訓練状況を定量的に
把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診断
装置に応用することができる足跡分析装置を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の足跡分析装置は、歩行画像を取り込む画像
取り込み装置と、該画像取り込み装置の画像を演算処理
する画像演算装置と、該画像演算装置の演算結果を表示
する表示装置と、該演算結果を記憶する記憶装置とを備
え、前記画像取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基
準となる識別部材を配設するとともに、前記画像演算装
置が、予め設定した識別部材の位置又は形状から、画像
取り込み装置が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行う
ことを特徴とする。
【0006】この足跡分析装置は、画像取り込み装置の
画像視野範囲に、座標の基準となる識別部材を配設する
とともに、前記画像演算装置が、予め設定した識別部材
の位置又は形状から、画像取り込み装置が取り込んだ歩
行画像の座標の演算を行うことから、識別部材の位置又
は形状を検知することにより足跡位置の座標の校正を行
うことができ、取り込んだ画像における歩行位置の正確
な演算が可能となる。これにより、画像取り込み装置の
位置を測定の都度取り外したとしても、その都度校正す
ることにより正確な位置合わせが可能となる。
【0007】この場合において、前記識別部材の位置
を、予め定めた複数のブロック配置とすることができ
る。
【0008】これにより、識別部材の位置を容易に検知
して、足跡位置の座標の校正を行うことができる。
【0009】また、前記画像演算装置が、取り込んだ画
像における変化する動画像、または変化しない静止画像
から、各足の床面接触位置を演算することができる。
【0010】これにより、歩行者の各足の床面接触位置
を正確に演算することができる。
【0011】さらに、前記画像演算装置が、歩行者の歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び/又は左右のふらつきを演算することが
できる。
【0012】これにより、歩行訓練者は、自らの歩行姿
勢、すなわち足や膝の傾き、場合によっては腰の左右の
傾きやバランスなどを自らの目で視認しながら歩行をす
ることができる。
【0013】そして、前記記憶装置が、歩行者記号、歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び/又は左右のふらつきの演算結果、また
は統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装
置が、測定毎のデータの比較演算を行うようにすること
ができる。
【0014】これにより、過去のデータとの比較などに
より、訓練の進歩状況や回復度などを定量的に把握する
ことができ、上記データとともに有効に活用することに
より、医者や理学療法士は患者の歩行訓練を有効に進め
ることが可能となり、短期間の歩行訓練を実現すること
ができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の足跡分析装置の実
施の形態を図面に基づいて説明する。
【0016】図1に、本発明の足跡分析装置の一実施例
を示す。図において、1は歩行者、1aは右足、1bは
左足、2はビデオカメラなどの画像取り込み装置であ
り、この足跡分析装置では、この画像取り込み装置2を
柱9に設置し、歩行者1の歩行挙動を取り込み、パソコ
ンなどの画像処理装置3に電送し、該画像処理装置3が
内蔵する画像演算装置により、歩行足跡の分析を行い、
処理結果を表示装置4に表示する。なお、5は歩行床
面、6は平行棒であり、一対の平行棒6a、6bを4本
の支柱7と歩行床面5とによって略水平に支持してい
る。
【0017】歩行の正確さや、回復度合い、リハビリテ
ーションの効果などの評価を受ける歩行者1は、歩行床
面5において、中心線11に沿ってできるだけ真っ直ぐ
に、画像取り込み装置2に向かって歩行する。このと
き、画像取り込み装置2は歩行者1の歩行挙動を取り込
み、その画像信号を画像処理装置3に電送する。この画
像信号は、例えば図2のようになり、少なくとも歩行者
1の右足1a、左足1bは必ず画面内に存在することと
なる。
【0018】この場合、画像処理装置3においては、前
画面との比較により、移動体としての歩行者1の存在は
容易に把握でき、また、画面の下側から順次走査するこ
とにより、足位置の存在を容易に把握することができ
る。また、歩行を行えば、必ず左足、右足と交互に足位
置が画面の下方向に移動すること、片足が移動中は反対
側の足位置は停止していること、足位置は一般には画面
において歩行者の最下側に位置すること、画面を左右に
分割した場合に右足1aは画面の左側に位置すること、
左足1bは画面の右側に位置すること等の条件から、左
足1b、右足1aと容易に区別してその挙動を把握する
ことができる。
【0019】また、両足が同時に移動することはなく、
片足が動き始めたときには反対側の足は必ず止まってい
ることから、止まっている足位置を演算することができ
る。さらに、動画像(動いている足)と静止画像(止ま
っている足)との違いは、前画面と次画面とを常時比較
演算することにより簡単に区別することができる。ただ
し、片足が固定していても、足首などは微妙に動くの
で、このような微少運動は無視し、事前に定めた一定位
置以上に大きく動く場合を動画像と決めることができ
る。
【0020】なお、照明の当たり具合によっては、歩行
足の周辺に影ができることがあるが、影の大きさや長さ
は足の大きさと相違するため、この大きさ、長さから影
の影響は削除する。この場合、歩行者の足には特にマー
カーなどを設ける必要はないが、他と十分区別できるマ
ーカーなどを設けることも可能である。
【0021】また、画像処理装置3において、画面の奥
から手前(上から下)にかけての位置をX座標、左から
右方向をY座標と定義すると、その各足位置が、画面の
どの位置に存在するかを見ることにより、床面5におけ
る各足位置のX座標、Y座標を容易に知ることができ
る。
【0022】一方、図1において、20〜23は柱7に
取り付けた複数の識別部材であり、該識別部材20〜2
3は、例えば、LEDなどの発光体で構成され、4本の
柱7のそれぞれに各4個ずつ取り付けられている。これ
らの発光体は柱に固定しているので、その座標位置X、
Yは予め既知である。
【0023】次に、この足跡分析装置の動作を説明す
る。歩行者の歩行挙動を測定する前に、先ず、図2に示
すように、識別部材20〜23の全てに電源を入れ発光
させる。このとき、画像取り込み装置2の画像信号は図
3に示すようになり、識別部材20〜23の点灯前の画
像と比較することにより、これら複数の識別部材20〜
23の位置を容易に認識することができる。これらの識
別部材20〜23の4ブロックの位置は予め画像処理装
置3の中にプログラムしておく。例えば、右下の識別部
材のブロックを20、左下の識別部材のブロックを2
1、右上の識別部材のブロックを22、左上の識別部材
のブロックを23としておくと、それぞれの識別部材の
ブロック位置を容易に認識することができる。
【0024】次に、各ブロック中の識別部材の数を認識
する。特に、LEDのランプ切れがなければ、各ブロッ
クにおける識別部材20〜23の数がそれぞれ4個と認
識され、それぞれの既知座標をもとに演算することによ
り、各画像の内で床面における画像のX、Y座標値が一
意に決定される。説明を略する演算によると、最低でも
11箇所の既知データから床面における画像のX、Y座
標値が一意に決定されるが、この実施例では4×4の1
6個の識別部材が存在することから十分な精度をもっ
て、床面における画像のX、Y座標値を計算することが
できる。
【0025】各ブロックにおける識別部材20〜23の
数を認識した結果、どこかのブロックにおける識別部材
が故障などにより点灯していなかった場合、そのブロッ
クでは3個しか識別部材が認識することができない。こ
の場合は、そのブロックのデータを削除し、その他の3
ブロックにおけるデータ、すなわち3×4の12個の識
別部材の既知データから床面における画像のX、Y座標
値を一意に決定することができる。
【0026】なお、この実施例では複数の識別部材の位
置情報から画像における位置情報を計算する方式を示し
たが、これに限るものではなく、形状が予め既知である
柱7の位置認識や形状認識、平行棒6の位置認識や形状
認識、または歩行床面5の位置認識や形状認識などの手
段で画像における位置情報を計算する方式であってもよ
い。
【0027】また、識別部材20〜23は、必ずしも光
るものである必要性はなく、他と明確に区別できるもの
であれば例えば白色、または黒色のマーカーなどであっ
てもよい。要は、画像取り込み装置2により取り込んだ
画像において、明確にその位置が区別できるコントラス
トがあれば十分である。また、識別部材20〜23の取
り付け位置は、上記の実施例に限るものではなく、例え
ば図4に示すように、歩行床面5の両側部に識別部材2
5、26それぞれ一列に配置してもよく、その他の位置
に取り付けてもよい。
【0028】一方、分析により明らかとなった、歩行者
の各足の位置とその時間変化から演算した足跡をX−Y
平面上にプロットすると、例えば図5のようになる。図
5において、30、32、34は右足の足跡、31、3
3、35は左足の足跡を示している。ここで必要とする
歩行の演算内容には、左右の足幅40、左足のステップ
幅41、右足のステップ幅42、ストライド43、図示
省略する歩行速度などがある。なお、左足のステップ幅
41、右足のステップ幅42を加算したものがストライ
ド43となり、破線で示す中央線からの各位置までの距
離44、45の時間変化を取ればふらつきデータが得ら
れる。これらの演算結果、得られた歩隔40、左足のス
テップ幅41、右足のステップ幅42、ストライド4
3、ふらつき、歩行速度などは、瞬時値及び平均値など
に区別されて、表示装置4に表示され、さらには画像処
理装置3に保存、記録される。
【0029】図6は、安定した正常な歩行状況を示した
ものであり、横軸は時間経過、縦軸は画像演算装置によ
り演算された各足毎のX位置の変化状況を示している。
人の歩行では、必ず交互に各足を前に出しながら歩行す
るため、必ず、着地している足と移動している足とに区
別することができる。歩行床面5に着地していても足首
は微少な動きをしているが、そのような微少運動を無視
すると、同図に示すごとく時間経過に対して停滞する領
域30、31、32、33、34などが存在し、これら
が着地時の足の位置を示し、これらの間に移動している
足位置のデータが続く。すなわち、30、32、34は
右足の足跡、31、33は左足の足跡を示している。
【0030】このとき、右足の足跡30と左足の足跡3
1の距離41が左足のステップ幅、左足の足跡31と右
足の足跡32の距離42が右足のステップ幅であり、両
者の加算結果43がストライドとなる。歩行速度は、こ
れらデータ全体の傾斜から容易に計算することができ
る。実際の歩行では、これらのデータは一歩一歩ばらつ
きがあるので平均値を計算し、表示するとよい。左右の
足幅は両足の着地位置におけるY値より簡単に算出する
ことができる。
【0031】一方、図7は、左足が悪く、右足を大きく
前に踏み出せない人の歩行状況を示したものであり、横
軸は時間経過、縦軸は画像演算装置により演算された各
足毎のX位置の変化状況を示している。この場合も、演
算方法は共通であるが、左足が悪いため、左足のステッ
プ幅41の大きさに比べて右足のステップ幅42の大き
さが小さいことがわかる。このように、左右のステップ
幅のアンバランスデータから不具合個所が明確になり、
今後の治療方針の決定、また過去のデータとの対比など
により、歩行の回復度なども知ることができ、歩行の診
断のための有用なデータとなる。なお、支柱7は、平行
棒6の歩行面5からの高さを歩行訓練者の体格に合わせ
て変更できるように構成されている。
【0032】図8は、本実施例の足跡分析装置の信号の
流れを示したものであり、画像取り込み装置2で取り込
んだ画像信号は、図示しない画像入力ボードを介して画
像処理装置3に送られて演算処理を行う。画像処理装置
3は、平均化処理などの統計処理機能も合わせ持ってお
り、これらの画像処理装置としては例えばパソコンなど
を使用することができる。その演算結果は、表示装置4
に表示され、またデータ記憶装置によりこれらの演算結
果のデータを記憶したり、読み出したりする。また、記
憶装置では、パソコン等を用いて、画像処理装置3にお
いて得られた訓練データを、フロッピディスク等の可搬
記録媒体に記録することができる。表示装置4では、演
算結果の時間的な変動値の表示、フロッピディスク等の
記録媒体から読み出した過去の訓練データとの比較表示
などを行う。また、過去の訓練結果との比較、再生など
も可能であり、その結果は表示装置4に送られ、表示さ
れる。
【0033】かくして、本発明の各実施例の足跡分析装
置では、画像取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基
準となる識別部材を配設するとともに、前記画像演算装
置が、予め設定した識別部材の位置又は形状から、画像
取り込み装置が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行う
ことから、識別部材の位置又は形状を検知することによ
り足跡位置の座標の校正を行うことができ、取り込んだ
画像における歩行位置の正確な演算が可能となり、これ
により、画像取り込み装置の位置を測定の都度取り外し
たとしても、その都度校正することにより正確な位置合
わせを行うことができる。この場合、前記識別部材の位
置を、予め定めた複数のブロック配置とすることによ
り、識別部材の位置を容易に検知して、足跡位置の座標
の校正を行うことができる。
【0034】また、各実施例の足跡分析装置では、歩行
速度や、歩隔、左右の歩幅の違い、ふらつき具合など
を、演算、表示、記憶するとともに、過去のデータとの
比較などにより、訓練の進歩状況や回復度などを定量的
に把握することができ、これらのデータを今後の治療・
診断に有効に活用することにより、医者や理学療法士が
患者の歩行訓練を有効に進めることができる。その結
果、短期間に訓練を実施することが可能となる。
【0035】
【発明の効果】本発明の足跡分析装置によれば、画像取
り込み装置の画像視野範囲に、座標の基準となる識別部
材を配設するとともに、前記画像演算装置が、予め設定
した識別部材の位置又は形状から、画像取り込み装置が
取り込んだ歩行画像の座標の演算を行うことから、識別
部材の位置又は形状を検知することにより足跡位置の座
標の校正を行うことができ、取り込んだ画像における歩
行位置の正確な演算が可能となり、これにより、画像取
り込み装置の位置を測定の都度取り外したとしても、そ
の都度校正することにより正確な位置合わせを行うこと
ができる。
【0036】また、前記識別部材の位置を、予め定めた
複数のブロック配置とすることにより、識別部材の位置
を容易に検知して、足跡位置の座標の校正を行うことが
できる。
【0037】そして、前記画像演算装置が、取り込んだ
画像における変化する動画像、または変化しない静止画
像から、各足の床面接触位置を演算することにより、歩
行者の各足の床面接触位置を正確に演算することができ
る。
【0038】さらに、前記画像演算装置が、歩行者の歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び/又は左右のふらつきを演算することに
より、歩行訓練者は、自らの歩行姿勢、すなわち足や膝
の傾き、場合によっては腰の左右の傾きやバランスなど
を自らの目で視認しながら歩行をすることができる。
【0039】また、前記記憶装置が、歩行者記号、歩行
速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後
の間隔、及び/又は左右のふらつきの演算結果、または
統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装置
が、測定毎のデータの比較演算を行うようにすることに
より、過去のデータとの比較などにより、訓練の進歩状
況や回復度などを定量的に把握することができ、上記デ
ータとともに有効に活用することにより、医者や理学療
法士は患者の歩行訓練を有効に進めることが可能とな
り、短期間の歩行訓練を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の足跡分析装置の一実施例を示す斜視図
である。
【図2】同足跡分析装置の画像取り込み装置が取り込ん
だ歩行画像の一例を示す図である。
【図3】同足跡分析装置において発光体を点灯した場合
の画像の取り込み例を示す図である。
【図4】本発明の足跡分析装置の第2実施例を示す斜視
図である。
【図5】歩行後の各足の着地位置を連続的に表示した図
である。
【図6】正常な人の歩行状況を示すグラフである。
【図7】正常でない人の歩行状況を示すグラフである。
【図8】データ処理の流れを示すチャート図である。
【符号の説明】
1 歩行者 1a 右足 1b 左足 2 画像取り込み装置 3 画像処理装置 4 表示装置 5 歩行床面 6 平行棒 7 支柱 9 柱 11 中央線 20〜23 識別部材(発光体) 30、32、34 右足の足跡 31、33、35 左足の足跡 40 左右の足幅 41 左足のステップ幅 42 右足のステップ幅 43 ストライド
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) A63B 23/04 A61H 1/02 R G06T 7/60 150 A61B 5/10 300Z // A61H 1/02 310B Fターム(参考) 4C038 VA12 VB14 VC05 5B047 AA17 BA01 BB06 BC16 BC23 DC06 EA02 5B057 AA07 BA02 BA19 CA13 CB20 CC01 CD14 DA07 DA08 DA20 DB03 DC36 5L096 BA03 BA06 CA02 FA69

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 歩行画像を取り込む画像取り込み装置
    と、該画像取り込み装置の画像を演算処理する画像演算
    装置と、該画像演算装置の演算結果を表示する表示装置
    と、該演算結果を記憶する記憶装置とを備え、前記画像
    取り込み装置の画像視野範囲に、座標の基準となる識別
    部材を配設するとともに、前記画像演算装置が、予め設
    定した識別部材の位置又は形状から、画像取り込み装置
    が取り込んだ歩行画像の座標の演算を行うことを特徴と
    する足跡分析装置。
  2. 【請求項2】 前記識別部材の位置を、予め定めた複数
    のブロック配置としたことを特徴とする請求項1記載の
    足跡分析装置。
  3. 【請求項3】 前記画像演算装置が、取り込んだ画像に
    おける変化する動画像、または変化しない静止画像か
    ら、各足の床面接触位置を演算することを特徴とする請
    求項1又は2記載の足跡分析装置。
  4. 【請求項4】 前記画像演算装置が、歩行者の歩行速
    度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
    間隔、及び/又は左右のふらつきを演算することを特徴
    とする請求項1、2又は3記載の足跡分析装置。
  5. 【請求項5】 前記記憶装置が、歩行者記号、歩行速
    度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
    間隔、及び/又は左右のふらつきの演算結果、または統
    計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装置
    が、測定毎のデータの比較演算を行うことを特徴とする
    請求項1、2、3又は4記載の足跡分析装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019093152A (ja) * 2018-12-26 2019-06-20 キヤノンマーケティングジャパン株式会社 情報処理装置、情報処理方法、プログラム
CN116819531A (zh) * 2023-08-30 2023-09-29 中国人民解放军海军工程大学 基于正交双v型线性调频的雷达极化成像方法

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