JP3725788B2 - Walking evaluation device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行評価装置に関し、特に被験者の歩行時の足圧を圧力センサにより実計測し、得られたデータを用いて歩行を評価する歩行評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人物等の動物体の歩行を客観的に評価する研究が進められている。
歩行を客観的に評価する方法としては、目視により判定する方法もある。しかし、判定者の目視によって動物体の歩行の美しさや健康度を判定する方法では、判定者の主観によるため、客観的かつ一定の基準での判定が困難である。例えば、被験者の体形に対する判定者の趣味等、歩行そのものとは無関係の要因が判定結果に影響する恐れがある。
【０００３】
このようなことから、従来、客観的に動物体の姿勢を計測する方法として、動物体の接地圧から動物体の接地位置と姿勢を推定し、これらの情報とカメラ画像との照合をとることで動物体の姿勢を計測するものが提案されている（例えば、特開平１１−２３５３２８号公報など参照）。
また、被験者の動作状態をパラメータ化して診断する動作分析装置として、被験者の動作分析データをニューラルネットワークの手法を用いて解析するものが提案されているである（例えば、特開平１０−３０５０２３号公報など参照）。さらに、被験者の足圧分布から歩行特徴を定量化する歩行分析方法として、歩行時の足圧分布を計測し、その計測結果から歩行動作を解析して、その特徴をパラメータとして出力するものが提案されている（例えば、特開平１１−１１３８８４号公報など参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の歩行評価装置では、いずれも動作状態の計測に関するものであり、センサからの計測結果そのものを出力するか、あるいは特徴パラメータを出力するものであって、動物体の歩行の美しさや健康度を定量化して客観的に判定することができないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、簡易な手法で高速処理が可能で、また直感的に理解しやすい特徴量を用いて理想的な歩行に近づけるための指針を与えることができる歩行評価装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる歩行評価装置は、圧力センサを用いて被験者の歩行中における足圧分布を時間的に連続して計測する足圧計測手段と、この足圧計測手段の計測結果からその被験者の足矩形領域を抽出する足矩形領域抽出手段と、足圧計測手段での計測結果から得られる被験者本人の歩行特徴と、足矩形領域抽出手段で抽出された足矩形領域に基づき正規化した理想的な歩行特徴とを用いて、被験者の歩行評価を点数化する点数化手段と、被験者本人の歩行特徴と理想的な歩行特徴とを比較表示する比較表示手段とを備え、点数化手段に、足圧中心軌跡のお手本パラメータを予め記憶するお手本データベースと、足矩形領域抽出部で抽出された足矩形領域に基づいて、お手本データベースのお手本パラメータを、当該被験者に合わせて正規化することにより理想的な足圧中心軌跡を生成し理想パラメータとして出力する理想パラメータ生成部と、足圧計測手段の計測結果から被験者本人の実際の足圧中心軌跡を求め本人パラメータとして出力する本人パラメータ生成部と、理想パラメータ生成部で生成された理想パラメータと本人パラメータ生成部で生成された本人パラメータとの比較に基づき、被験者の歩行評価を点数化するパラメータ比較部とを設けている。
【０００７】
理想パラメータを生成する場合、理想パラメータ生成部で、被験者の足型に内接する矩形と一致するように、お手本パラメータを拡大・縮小することにより空間的に正規化するとともに、被験者の歩行における着地から蹴り出しまでの各計測タイミングに合わせてお手本の足圧中心を補間して求めることにより時間的に正規化し、これら正規化によりお手本パラメータから理想パラメータを生成するようにしてもよい。
【０００８】
被験者の歩行評価を点数化する場合、パラメータ比較部で、着地から蹴り出しまでの各計測タイミングごとに理想の足圧中心と被験者の足圧中心との距離を求め、各計測タイミングの距離を合計することにより、被験者の歩行評価を点数化するようにしてもよい。
また、比較表示手段で、理想の足圧中心軌跡と計測により得られた実際の足圧中心軌跡とを足型に重ねて表示するようにしてもよい。
【００１２】
また、着地から蹴り出しまでの各計測タイミングごとに理想の足圧中心と被験者の足圧中心との距離を求め、各計測タイミングの距離を合計することにより、被験者の歩行評価を点数化するようにしてもよい。
また、理想の足圧中心軌跡と実際の足圧中心軌跡とを足型に重ねて表示するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかる歩行評価装置のブロック図である。この歩行評価装置には、足圧計測部１１、足矩形領域抽出部１２、点数化部１３、および比較表示部１４が設けられている。
足圧計測部１１は、圧力センサを用いて、歩行する被験者の足圧分布を時間的に連続して計測し、足圧分布を画像化した時系列足圧画像列（ｘ1，ｘ2，…，ｘT）として点数化部１３に出力する。ｘTは、時刻ｔ（計測タイミング）において観測される特徴ベクトルである。
【００１４】
足圧計測部１１の具体的な例を図２に示す。足圧計測部１１は、足圧を計測するための圧力センサ２１と、この圧力センサ２１で検出された足圧を画像処理するコンピュータ２２とから構成されている。
圧力センサ２１は、連続した数歩の足圧を計測することができる。被験者は、この圧力センサ２１上を自然な歩行で３歩から５歩程度で通り抜ける。圧力センサ２１によって検出された足圧は、コンピュータ２２に取り込まれ、各計測タイミングにおける圧力の強さを階調値とする時系列足圧画像列（ｘ1，ｘ2，…，ｘT）、例えば毎秒３０枚の足圧画像フレーム（以下、フレームという）として、足矩形領域抽出部１２および点数化部１３へ出力される。
【００１５】
足矩形領域抽出部１２では、足圧計測部１１からの時系列足圧画像列（ｘ1，ｘ2，…，ｘT）の各フレームをすべて重畳することにより足跡画像を得る。そして、この足跡画像から、足底部位に内接する矩形の長軸および短軸の長さを示す足矩形領域情報｛ｐ1，ｐ2｝を抽出する。
【００１６】
点数化部１３では、足圧計測部１１からの時系列足圧画像列（ｘ1，ｘ2，…，ｘT）と足矩形領域抽出部１２からの足矩形領域情報｛ｐ1，ｐ2｝とに基づき、被験者の歩行評価を点数化する。
図３に点数化部１３の構成例を示す。この点数化部１３には、本人パラメータ生成部１３１、理想パラメータ生成部１３２、お手本データベース１３３、パラメータ比較部１３４が設けられている。
【００１７】
本人パラメータ生成部１３１では、時系列足圧画像列（ｘ1，ｘ2，…，ｘT）を足圧中心軌跡座標の時間変化を示す本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）に変換し、パラメータ比較部１３４へ出力する。ここで、時刻ｔにおける足圧中心座標（Ｃx（ｔ），Ｃy（ｔ））および本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）は、時刻ｔにおける足圧画像フレームの座標（ｘ，ｙ）における画素値（足圧）をＰ（ｘ，ｙ，ｔ）とするとき、次のように定義される。
【００１８】
【数１】
お手本データベース１３３内には、歩行手本となる先生の足圧中心軌跡座標の時間変化を示すお手本パラメータ（ｉ1，ｉ2，…，ｉT'）が、本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）と同じ形式で予め記憶されている。このお手本パラメータは足矩形領域の単位サイズあたりの数値に換算されている。
理想パラメータ生成部１３２では、足矩形領域抽出部１２からの足矩形領域情報｛ｐ1，ｐ2｝を用いて、このお手本パラメータ（ｉ1，ｉ2，…，ｉT'）を被験者の足型に合わせて正規化し、理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）として出力する。
【００２０】
これら本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）と理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）は、足圧中心軌跡からなり、次数も同じである。ただし、本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）は計測から得られた本人の実際のパラメータであるのに対し、理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）は歩行手本となる先生のお手本パラメータ（ｉ1，ｉ2，…，ｉT'）を被験者の足型に合わせて正規化したものである。
【００２１】
図４に理想パラメータ生成部に１３２おける足圧中心軌跡の正規化処理を示す。理想パラメータ生成部１３２では、被験者の足矩形領域情報｛ｐ1，ｐ2｝に基づき、お手本パラメータ（ｉ1，ｉ2，…，ｉT'）を、足底内接矩形長軸方向にｐ1倍するとともに、足底内接矩形短軸方向にｐ2倍し、踵（着地）と第２指（蹴り出し）に設けられた基準点Ａ，Ｂを合わせることで、空間的な正規化を行う。
また、着地から蹴り出しまでを所定数Ｔ（例えば２０）個のフレームで表現するため、お手本パラメータ（ｉ1，ｉ2，…，ｉT'）のＴ’個の各フレームごとの足圧中心座標から、理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）における各フレームごとの足圧中心座標を補間して求めることで、時間的な正規化を行う。
【００２２】
パラメータ比較部１３４では、このようにして理想パラメータ生成部１３２で正規化により得られた理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）と、計測により得られた本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）とを比較し、これら足圧中心軌跡間の距離に基づき、歩行評価を示す得点ｙ（スカラー値）を算出出力する。
図５にパラメータ比較部１３４での得点化処理を示す。パラメータ比較部１３４では、理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）と本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）とから、足圧中心軌跡間の距離を算出する。
【００２３】
図５において、（Ｘt，Ｙt）は理想パラメータ（ｉ'1，ｉ'2，…，ｉ'T）で示されるｔフレーム目における理想の重心位置を示す。また（ｘt，ｙt）は本人パラメータ（ｒ1，ｒ2，…，ｒT）で示されるｔフレーム目における実際の重心位置を示す。
このとき、理想の足圧中心軌跡と実際の足圧中心軌跡との距離Ｌは、次のようにして求められる。この距離Ｌが小さいほど理想の歩行に近く美しい歩行ということになる。
【００２４】
【数２】
図６は、上記の数２で得られる距離Ｌと先生による主観評価との関係を示すグラフである。先生の評価は、足圧のみから判断するものとし、採点は５段階（理想的な美しい歩行を５とする）である。
データとして、ウォーキングの初心者６名が半年間ウォーキングスクールにおいてレッスンを受け、初回を含めて３回、３ヶ月おきに測定したものと、先生の歩行を測定したものを用いた。
【００２６】
このグラフから、理想の足圧中心軌跡と実際との距離Ｌが近いほど歩行評価の得点が高いことがわかる。初回、２回目、３回目と得点が上昇したある生徒の足圧の変化を比較表示した結果を、図７にデータ１（初回）、データ２（２回目）、データ３（３回目）として示した。これによれば、少しずつ理想的な足圧中心軌跡に近づいている様子がわかる。
このように、理想の足圧中心軌跡と実際の足圧中心軌跡とを重ねて表示することにより、重心移動させる際に使う足の部位がわかり、またそれらを使うタイミングもわかる。
【００２７】
歩行評価の得点は、図６のデータから得られた回帰式により歩行評価の得点ｙを求めることができる。今、理想の足圧中心軌跡と実際との距離をＬ（数２参照）、先生による主観評価の点数をＰとする。ここで、図６でプロットされたデータを一次回帰式Ｐ＝Ａ×Ｌ＋Ｂにあてはめると、係数Ａ，ＢはそれぞれＡ＝０１０２５，Ｂ＝５．５となる。
したがって、測定した足圧から理想の足圧中心軌跡と実際との距離をＬを計算することで、歩行評価の得点ｙが以下の式で求められる。なお、以下の数３は図６のデータを元にして得点ｙの式を導出したものであり、これに限定されるものではない。
【００２８】
【数３】
以上のように、足圧計測部１１では、圧力センサを用いて被験者の歩行中における足圧分布を時間的に連続して計測し、この計測結果からその被験者の足矩形領域を足矩形領域抽出部１２で抽出し、さらに計測結果から得られた被験者本人の歩行特徴と足矩形領域に基づき正規化した理想的な歩行特徴とを用いて点数化部１３で被験者の歩行評価を点数化し、被験者本人の歩行特徴と理想的な歩行特徴との比較結果を比較表示部１４で表示するようにしたので、簡易な手法で高速な処理が可能できる。
また、特徴量として足圧中心軌跡を用いたので、次数が低いため扱い易く、また直感的に理解しやすい。さらに、理想と実際の足圧中心軌跡を比較表示するようにしたので、理想的な歩行に近づけるための指針を与えることができる。
【００３０】
発明者らは、本発明に先立って、本発明と同様に足圧データを用いて歩行の美しさや健康度を定量化して出力するウォーキング判定装置を提案している（特開２００１−２１８７５４号）が、本発明とは以下の４点で異なる。
第一に、装置の出力が異なる。上記ウォーキング判定装置は美しさや健康度の定量化装置であるが、本発明は美しさに特化し、これを点数で評価するものである。
第二に、判定基準が異なる。上記ウォーキング判定装置では、バランス、対称性、時間的な連続性といった力学的合理性を判断基準とし、特徴量を力学的合理性判断基準部に記憶されているしきい値と比較することで美しさや健康度を比較する。本発明はお手本となる人間のパラメータとの比較で歩行を評価する。
【００３１】
第三に、判定基準が異なることにより、特徴量とその表示方法、および処理速度が異なる。上記ウォーキング判定装置では、力学的合理性を判断基準としていた。このため、特徴量の絶対的な正規化が必要であり、足圧特徴量に関しては、足底部位分割部を設け、足底位置の絶対的な空間正規化を行う必要があった。また、足圧特徴量として用いた部位別荷重の時間変化は、直感的に理解しにくく、計算量も多かった。
本発明では、特徴量の正規化は個人とお手本との間で相対的に行う。このため、足底部位分割部を必要としない。また、特徴量は足型と重ねて表示することができる足圧中心軌跡を用いており、直感的に理解しやすい。
【００３２】
したがって、本発明によれば、上記ウォーキング判定装置と比較して、特徴量が理解しやすく、装置の構成が簡易で処理速度が速いという利点がある。
上記ウォーキング判定装置では、最終的に表示されるものは、判定された被験者本人のパラメータのみであった。本発明では、本人の足圧中心軌跡とお手本の足圧中心軌跡を本人の足型に重ねて表示することにより、理想的な歩行に近づくにはどうすればよいかという指導の指針を与えることができる。
【００３３】
第四に、判定基準が異なることにより、装置の構成が異なる。上記ウォーキング判定装置では、バランス、対称性、時間的な連続性を判断基準としていたため、圧力センサやカメラを用いて、複数のセンサ情報を抽出して処理していた。本発明では、判定基準はお手本との比較であるため、センサとして圧力センサのみを用いて、お手本のデータが明らかにされている足圧中心軌跡のみを抽出している。
【００３４】
上記ウォーキング判定装置により、歩行評価の点数化が可能になったが、足底部位切りだしが必要であり、また特徴量の次数が大きいことから、装置が複雑で処理が重かった。また、被験者が自分白身の歩行を矯正するための情報が得にくかった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、簡易な手法で高速な処理が可能でき、また直感的に理解しやすい特徴量を用いて理想的な歩行に近づけるための指針を与えることができる歩行評価装置を提供することを目的としている。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、1)足矩形領域抽出部で被験者個人の足型情報を抽出し、理想パラメータ生成部でその被験者の足型に合わせて生成した理想の特徴量と実際のものとの距離で点数化するものとし、この際、足矩形領域に基づいて、予めお手本データベースに記憶されている足圧中心軌跡のお手本パラメータを、当該被験者に合わせて正規化することにより理想的な足圧中心軌跡を生成し理想パラメータとして出力し、計測結果から被験者本人の実際の足圧中心軌跡を求め本人パラメータとして出力し、理想パラメータと本人パラメータとの比較に基づき、被験者の歩行評価を点数化するという、単純な特徴量同士の距離比較という手法をとるようにしたので、装置構成が簡易化され、高速処理が可能になる。また、2)特徴量として足圧中心軌跡を用いるようにしたので、直感的に理解しやすい。さらに比較表示部を備えることにより、理想と実際の足圧中心軌跡を被験者本人の足型に重ねて表示し、理想的な歩行に近づけるための指針を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による歩行評価装置を示すブロック図である。
【図２】 足圧計測部を示す説明図である。
【図３】 点数化部を示す構成図である。
【図４】 理想パラメータ生成部での正規化処理を示す説明図である。
【図５】 パラメータ比較部での点数化処理を示す説明図である。
【図６】 足圧中心軌跡の理想との距離と評価点との関係を示すグラフである。
【図７】 レッスンによる足圧中心軌跡の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１１…足圧計測部、１２…足矩形領域抽出部、１３…点数化部、１４…比較表示部、２１…圧力センサ、２２…コンピュータ、１３１…本人パラメータ生成部、１３２…理想パラメータ生成部、１３３…お手本データベース、１３４…パラメータ比較部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gait evaluation device, it is particularly a foot pressure upon the subject's walking and actual measured by the pressure sensor, on Walking evaluation device for evaluating the walking using the obtained data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, research for objectively evaluating the walking of a human body such as a person has been conducted.
As a method for objectively evaluating walking, there is a method for visually determining. However, in the method of determining the beauty of walking and the health of the moving object by visual observation of the determiner, it is difficult to make an objective determination based on a certain standard because of the subjectivity of the determiner. For example, factors unrelated to walking itself, such as the hobby of the judge for the subject's body shape, may affect the judgment result.
[0003]
For this reason, conventionally, as a method of objectively measuring the posture of an animal body, the contact position and posture of the moving object are estimated from the contact pressure of the moving object, and these information and the camera image are collated. Have been proposed for measuring the posture of a moving object (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-235328).
In addition, as a motion analysis apparatus for diagnosing by parameterizing the motion state of the subject, a device that analyzes the motion analysis data of the subject using a neural network technique has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-305023). Etc.) Furthermore, as a gait analysis method for quantifying the walking characteristics from the subject's foot pressure distribution, a method that measures the foot pressure distribution during walking, analyzes the walking action from the measurement results, and outputs the characteristics as parameters is proposed. (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-113884).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional gait evaluation devices are all related to the measurement of the motion state, and output the measurement result itself from the sensor or output the characteristic parameter. There was a problem that the beauty and health level could not be quantified and judged objectively.
The present invention is intended to solve these problems, and can provide high-speed processing by a simple method, and provides a guideline for approaching an ideal walking using features that are easy to understand intuitively. is an object of the present invention to provide a walking evaluation equipment that can.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a gait evaluation apparatus according to the present invention includes a foot pressure measuring means for continuously measuring a foot pressure distribution during walking of a subject using a pressure sensor, and the foot pressure. The foot rectangular area extracting means for extracting the subject's foot rectangular area from the measurement result of the measuring means, the subject's own walking characteristics obtained from the measurement result of the foot pressure measuring means, and the foot extracted by the foot rectangular area extracting means A scoring means for scoring a subject's walking evaluation using an ideal walking feature normalized based on a rectangular area, and a comparison display means for comparing and displaying the subject's own walking feature and the ideal walking feature the provided, the scoring means, a role model database for storing in advance role model parameters of the foot pressure center path, based on the foot rectangular region extracted by foot rectangular area extraction unit, role model parameters role model database The ideal parameter generation unit that generates an ideal foot pressure center locus by normalizing to the subject and outputs it as an ideal parameter, and the actual foot pressure center locus of the subject himself from the measurement result of the foot pressure measuring means A personal parameter generation unit for outputting as a desired personal parameter, and a parameter comparison unit for scoring the gait evaluation of the subject based on a comparison between the ideal parameter generated by the ideal parameter generation unit and the personal parameter generated by the personal parameter generation unit And are provided.
[0007]
When generating an ideal parameter, the ideal parameter generation unit spatially normalizes the model parameter by enlarging / reducing the model parameter so that it matches the rectangle inscribed in the foot shape of the subject, and from the landing in the subject's walking It is also possible to normalize in time by interpolating the foot pressure center of the model in accordance with each measurement timing until kicking out, and to generate ideal parameters from the model parameters by normalization.
[0008]
When scoring a test subject's gait , the parameter comparison unit calculates the distance between the ideal foot pressure center and the subject's foot pressure center at each measurement timing from landing to kicking, and totals the distances for each measurement timing. By doing so, the walking evaluation of the subject may be scored.
The comparison display means may display the ideal foot pressure center locus and the actual foot pressure center locus obtained by measurement in a superimposed manner.
[0012]
Also, the distance between the ideal foot pressure center and the subject's foot pressure center is calculated for each measurement timing from landing to kicking out, and the walking evaluation of the subject is scored by summing the distances of each measurement timing. It may be.
Further, the ideal foot pressure center locus and the actual foot pressure center locus may be displayed so as to overlap each other.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a walking evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. In this walking evaluation device , a foot pressure measuring unit 11, a foot rectangular
The foot pressure measurement unit 11 uses a pressure sensor to measure a foot pressure distribution of a walking subject continuously in time, and a time series foot pressure image sequence (x 1 , x 2 , .., X T ) are output to the scoring unit 13. x T is a feature vector observed at time t (measurement timing).
[0014]
A specific example of the foot pressure measurement unit 11 is shown in FIG. The foot pressure measurement unit 11 includes a pressure sensor 21 for measuring the foot pressure and a computer 22 that performs image processing on the foot pressure detected by the pressure sensor 21.
The pressure sensor 21 can measure foot pressure for several consecutive steps. The subject passes through the pressure sensor 21 in about 3 to 5 steps by natural walking. The foot pressure detected by the pressure sensor 21 is taken into the computer 22 and a time-series foot pressure image sequence (x 1 , x 2 ,..., X T ) using the pressure intensity at each measurement timing as a gradation value, For example, 30 foot pressure image frames (hereinafter referred to as frames) are output to the foot rectangular
[0015]
The foot rectangular
[0016]
In the scoring unit 13, the time series foot pressure image sequence (x 1 , x 2 ,..., X T ) from the foot pressure measuring unit 11 and the foot rectangular region information {p 1 , p 2 from the foot rectangular
FIG. 3 shows a configuration example of the scoring unit 13. The scoring unit 13 is provided with a principal
[0017]
The principal
[0018]
[Expression 1]
In the
The ideal
[0020]
These principal parameters (r 1 , r 2 ,..., R T ) and ideal parameters (i ′ 1 , i ′ 2 ,..., I ′ T ) are composed of the foot pressure center locus and have the same order. However, the principal parameters (r 1 , r 2 ,..., R T ) are the actual parameters obtained from the measurement, whereas the ideal parameters (i ′ 1 , i ′ 2 ,..., I ′ T ) Is a normalization of the model parameters (i 1 , i 2 ,..., I T ′ ) of the teacher who is a walking model according to the foot shape of the subject.
[0021]
FIG. 4 shows the normalization process of the foot pressure center locus in the
Further, in order to express from landing to kicking out by a predetermined number T (for example, 20) frames, the center of foot pressure for each T ′ frame of the example parameters (i 1 , i 2 ,..., I T ′ ). Temporal normalization is performed by interpolating the foot pressure center coordinates for each frame in the ideal parameters (i ′ 1 , i ′ 2 ,..., I ′ T ) from the coordinates.
[0022]
In the
FIG. 5 shows the scoring process in the
[0023]
In FIG. 5, (X t , Y t ) indicates the ideal barycentric position at the t-th frame indicated by the ideal parameters (i ′ 1 , i ′ 2 ,..., I ′ T ). Further, (x t , y t ) indicates the actual center-of-gravity position at the t-th frame indicated by the principal parameters (r 1 , r 2 ,..., R T ).
At this time, the distance L between the ideal foot pressure center locus and the actual foot pressure center locus is obtained as follows. The smaller this distance L is, the closer it is to an ideal walk and a beautiful walk.
[0024]
[Expression 2]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance L obtained by
The data used were 6 walking beginners who took lessons at a walking school for half a year, measured 3 times and 3 months including the first time, and measured walking of the teacher.
[0026]
From this graph, it can be seen that the closer the distance L between the ideal foot pressure center locus and the actual, the higher the score of walking evaluation . FIG. 7 shows the results of comparing and displaying the changes in foot pressure of a student whose score has increased, the first time, the second time, and the third time, as data 1 (first time), data 2 (second time), and data 3 (third time). It was. According to this, it can be seen that it is gradually approaching the ideal foot pressure center locus.
In this way, by displaying the ideal foot pressure center locus and the actual foot pressure center locus in an overlapping manner, the part of the foot to be used when moving the center of gravity can be known, and the timing of using them can also be known.
[0027]
As for the score of walking evaluation , the score y of walking evaluation can be obtained by the regression equation obtained from the data of FIG. Now, let L be the distance between the ideal foot pressure center locus and the actual trajectory, and let P be the score of subjective evaluation by the teacher. Here, when the data plotted in FIG. 6 is applied to the linear regression equation P = A × L + B, the coefficients A and B are A = 001025 and B = 5.5, respectively.
Therefore, by calculating L as the distance between the ideal foot pressure center locus and the actual foot pressure from the measured foot pressure, the score y of the walking evaluation can be obtained by the following equation. The following
[0028]
[Equation 3]
As described above, the foot pressure measuring unit 11 continuously measures the foot pressure distribution during walking of the subject using the pressure sensor, and extracts the foot rectangular region of the subject from the measurement result. The scoring unit 13 scores the walking evaluation of the subject using the walking characteristics of the subject himself and the ideal walking characteristics normalized based on the rectangular foot area obtained from the measurement result and extracted by the
Moreover, since the foot pressure center locus is used as the feature amount, it is easy to handle because it has a low order, and it is easy to understand intuitively. Furthermore, since the ideal and actual foot pressure center trajectories are displayed in comparison, it is possible to provide a guideline for approaching ideal walking.
[0030]
Prior to the present invention, the inventors have proposed a walking determination device that quantifies and outputs the beauty and health of walking using foot pressure data as in the present invention ( Japanese Patent Laid-Open No. 2001-218754). However, it differs from the present invention in the following four points.
First, the output of the device is different. The walking determination device is a device for quantifying beauty and health, but the present invention specializes in beauty and evaluates it with a score.
Second, the judgment criteria are different. In the above walking determination device, the mechanical rationality such as balance, symmetry, and temporal continuity is used as a judgment criterion, and the feature amount is compared with a threshold value stored in the mechanical rationality judgment reference portion. Compare strength and health. The present invention evaluates walking by comparison with a human parameter as a model.
[0031]
Third, the feature amount, its display method, and processing speed differ due to different judgment criteria. The walking determination device uses mechanical rationality as a criterion. For this reason, absolute normalization of the feature amount is necessary, and for the foot pressure feature amount, it is necessary to provide a sole part division unit and perform absolute spatial normalization of the sole position. Moreover, the time change of the load according to the region used as the foot pressure feature amount is difficult to understand intuitively and has a large calculation amount.
In the present invention, the feature amount is normalized between the individual and the model. For this reason, a plantar part division part is not required. Also, the feature amount uses a foot pressure center locus that can be displayed superimposed on the foot shape, and is easy to understand intuitively.
[0032]
Therefore, according to the present invention, as compared with the walking determination device, there are advantages that the feature amount is easy to understand, the configuration of the device is simple, and the processing speed is high.
In the above walking determination apparatus, only the parameters of the determined subject himself / herself are finally displayed. In the present invention, by displaying the foot pressure center locus of the person and the foot pressure center locus of the model superimposed on the person's foot shape, guidance for how to approach an ideal walk can be given. .
[0033]
Fourth, the configuration of the apparatus is different due to different determination criteria. In the walking determination device described above, balance, symmetry, and temporal continuity are used as determination criteria. Therefore, a plurality of pieces of sensor information are extracted and processed using a pressure sensor or a camera. In the present invention, since the determination criterion is a comparison with a model, only the pressure sensor locus is extracted by using only the pressure sensor as a sensor.
[0034]
Although the walking determination device can score points for walking evaluation, it is necessary to cut out the plantar region and the order of the feature amount is large, so that the device is complicated and processing is heavy. In addition, it was difficult to obtain information for the subject to correct his / her white walking.
The present invention is for solving such problems, and can provide high-speed processing by a simple method, and provides a guideline for approaching an ideal walking using features that are easy to understand intuitively. it is an object of the present invention to provide a walking evaluation equipment that can be.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, 1) the foot rectangular area extracting unit extracts the individual's individual foot type information, and the ideal parameter generating unit generates the ideal feature amount according to the subject's foot type. Based on the foot rectangular area, the model parameter of the foot pressure center locus stored in advance in the model database is normalized according to the subject. Generate an ideal foot pressure center trajectory and output it as an ideal parameter. Obtain the actual foot pressure center trajectory of the subject from the measurement result and output it as a personal parameter. Since a simple method of comparing distances between feature quantities, ie, scoring the evaluation, is taken, the apparatus configuration is simplified and high-speed processing becomes possible. Also, 2) The foot pressure center locus is used as the feature value, making it easy to understand intuitively. Furthermore, by providing a comparison display unit, it is possible to display the ideal and actual foot pressure center trajectory superimposed on the subject's own foot shape and provide a guideline for approaching ideal walking.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a walking evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a foot pressure measurement unit.
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a scoring unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing normalization processing in an ideal parameter generation unit.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a scoring process in a parameter comparison unit.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between an ideal distance of a foot pressure center locus and an evaluation point.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in a foot pressure center locus by a lesson.
[Explanation of symbols]
11 ... foot pressure measuring unit, 12 ... foot rectangular area extraction unit, 13 ... point Kazuka portion, 14 ... comparison display unit, 21 ... pressure sensor, 22 ... Computer, 131 ... personal parameter generating unit, 132 ... ideal
Claims (4)
圧力センサを用いて被験者の歩行中における足圧分布を時間的に連続して計測する足圧計測手段と、
この足圧計測手段の計測結果からその被験者の足矩形領域を抽出する足矩形領域抽出手段と、
足圧計測手段での計測結果から得られる被験者本人の歩行特徴と、前記足矩形領域抽出手段で抽出された足矩形領域に基づき正規化した理想的な歩行特徴とを用いて、被験者の歩行評価を点数化する点数化手段と、
被験者本人の歩行特徴と理想的な歩行特徴とを比較表示する比較表示手段とを備え、
前記点数化手段は、
足圧中心軌跡のお手本パラメータを予め記憶するお手本データベースと、
前記足矩形領域抽出部で抽出された足矩形領域に基づいて、前記お手本データベースのお手本パラメータを、当該被験者に合わせて正規化することにより理想的な足圧中心軌跡を生成し理想パラメータとして出力する理想パラメータ生成部と、
前記足圧計測手段の計測結果から被験者本人の実際の足圧中心軌跡を求め本人パラメータとして出力する本人パラメータ生成部と、
前記理想パラメータ生成部で生成された理想パラメータと前記本人パラメータ生成部で生成された本人パラメータとの比較に基づき、被験者の歩行評価を点数化するパラメータ比較部とを有することを特徴とする歩行評価装置。In a walking evaluation device that objectively evaluates walking,
Foot pressure measuring means for continuously measuring temporal distribution of foot pressure during walking of the subject using a pressure sensor;
A foot rectangular area extracting means for extracting the subject's foot rectangular area from the measurement result of the foot pressure measuring means;
Using the walking characteristics of the subject himself / herself obtained from the measurement result of the foot pressure measuring means and the ideal walking characteristics normalized based on the rectangular foot area extracted by the rectangular foot area extracting means, the walking evaluation of the subject Scoring means for scoring
Comparing and displaying means for comparing and displaying the walking characteristics of the subject himself and the ideal walking characteristics,
The scoring means is
A model database that stores in advance the model parameters of the foot pressure center locus;
Based on the foot rectangular area extracted by the foot rectangular area extracting unit, the model parameter of the model database is normalized according to the subject to generate an ideal foot pressure center locus and output it as an ideal parameter. An ideal parameter generator;
A person parameter generation unit that obtains the actual foot pressure center locus of the subject himself / herself from the measurement result of the foot pressure measuring means and outputs the person's own parameter as a person parameter;
A gait evaluation comprising a parameter comparison unit for scoring the gait evaluation of a subject based on a comparison between the ideal parameter generated by the ideal parameter generation unit and the principal parameter generated by the principal parameter generation unit apparatus.
前記理想パラメータ生成部は、被験者の足型に内接する矩形と一致するように、前記お手本パラメータを拡大・縮小することにより空間的に正規化するとともに、被験者の歩行における着地から蹴り出しまでの各計測タイミングに合わせてお手本パラメータの足圧中心を補間して求めることにより時間的に正規化し、これら正規化により前記お手本パラメータから前記理想パラメータを生成することを特徴とする歩行評価装置。The gait evaluation device according to claim 1,
The ideal parameter generation unit spatially normalizes the model parameters by enlarging / reducing the model parameters so as to match a rectangle inscribed in the foot shape of the subject, and each of the steps from landing to kicking in the subject's walking A gait evaluation apparatus characterized by normalizing in time by interpolating and obtaining a foot pressure center of a model parameter in accordance with measurement timing, and generating the ideal parameter from the model parameter by the normalization.
前記パラメータ比較部は、着地から蹴り出しまでの各計測タイミングごとに理想の足圧中心と被験者の足圧中心との距離を求め、各計測タイミングの距離を合計することにより、被験者の歩行評価を点数化することを特徴とする歩行評価装置。In the gait evaluation device according to claim 1 or 2,
The parameter comparison unit obtains the distance between the ideal foot pressure center and the subject's foot pressure center at each measurement timing from landing to kicking, and sums the distances of each measurement timing to evaluate the walking of the subject. A walking evaluation device characterized by scoring.
前記比較表示手段は、理想の足圧中心軌跡と計測により得られた実際の足圧中心軌跡とを足型に重ねて表示することを特徴とする歩行評価装置。 In the gait evaluation apparatus in any one of Claims 1-3,
The gait evaluation device, wherein the comparison display means displays an ideal foot pressure center locus and an actual foot pressure center locus obtained by measurement in a superimposed manner .
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