Применение фильтра верхних частот к ускорению по оси z является критически важным шагом для выделения высокоэнергетического импульса удара пяткой из фонового шума движения человека. Этот процесс удаляет низкочастотные сигналы, такие как колебания туловища и постуральный дрейф, позволяя выделяться резким, характерным пикам ускорения, вызванным силами реакции опоры. Сосредотачиваясь на этих высокочастотных компонентах, алгоритмы обнаружения походки достигают значительно более высокой точности и надежности.
Основное значение фильтрации верхних частот в данных IMU заключается в ее способности отделять медленные колебания тела от внезапных ударных сил. Это создает четкий, импульсный сигнал, который позволяет алгоритмам надежно определять точный момент удара пяткой.
Вертикальная ось как основной сигнал походки
Доминирование ударных характеристик
Вертикальное ускорение (ось z) фиксирует наиболее значимые ударные характеристики в течение цикла ходьбы. Поскольку основной обмен силами между телом и землей происходит вертикально, эта ось предоставляет наиболее прямое свидетельство события удара пяткой.
Динамика сил реакции опоры
При первом контакте земля оказывает восходящее воздействие на стопу, вызывая резкое замедление. Этот «импульс» является наиболее отчетливой сигнатурой во всем цикле походки, при условии, что он не замаскирован другими данными движения.
Разделение частот и ясность сигнала
Удаление медленных колебаний тела
Ходьба человека естественным образом включает медленные, ритмичные покачивания и вертикальные смещения центра масс. Эти низкочастотные компоненты действуют как «шум», который может скрывать точное время удара пяткой в более крупной, плавной волне.
Выделение импульсных сигналов
Фильтр верхних частот пропускает только быстро изменяющиеся компоненты сигнала. Это эффективно удаляет постепенное движение конечности и выделяет внезапный, высокочастотный всплеск, вызванный ударом стопы о пол.
Улучшение видимости пиков
Удаляя «базовое» движение, фильтр повышает резкость характерных пиков, связанных с походкой. Это делает сигнал гораздо более простым для обработки автоматизированными системами, поскольку пики четко определены на ровном фоне.
Производительность и надежность алгоритма
Повышение надежности обнаружения
Без фильтрации алгоритм обнаружения может ошибочно принять большое, медленное движение тела за событие походки. Фильтр верхних частот гарантирует, что алгоритм реагирует только на высокоэнергетические «удары», которые представляют собой фактические шаги.
Определение точек начала походки
Четкое определение удара пяткой необходимо для обозначения начала нового цикла походки. Надежная фильтрация обеспечивает последовательное определение этой начальной точки, даже когда пользователь меняет скорость ходьбы или поверхность.
Понимание компромиссов
Риск искажения сигнала
Установка слишком высокой частоты среза фильтра верхних частот может непреднамеренно удалить части самого ударного сигнала. Если фильтр слишком агрессивен, он может уменьшить те самые пики, которые вы пытаетесь обнаружить, что приведет к пропуску шагов.
Чувствительность к шуму датчика
Фильтры верхних частот иногда могут усиливать высокочастотные механические вибрации или электронный шум. Если IMU не закреплен надежно, фильтр может выделить «дребезжание» датчика, а не фактический импульс удара пяткой.
Как применить это к вашему проекту
Для успешной реализации обнаружения удара пяткой необходимо сбалансировать частотное разделение с целостностью сигнала.
- Если ваш основной фокус — максимальная точность обнаружения: используйте фильтр верхних частот Баттерворта второго порядка с частотой среза от 0,5 Гц до 1 Гц, чтобы устранить постуральный дрейф, не искажая ударный пик.
- Если ваш основной фокус — обратная связь в реальном времени с низкой задержкой: реализуйте простой фильтр верхних частот первого порядка, чтобы минимизировать вычислительную задержку, продолжая подавлять большую часть низкочастотного движения тела.
Уточнение частотной характеристики ваших данных IMU — наиболее эффективный способ преобразовать необработанное ускорение в точный инструмент для биомеханического анализа.
Сводная таблица:
| Характеристика | Влияние фильтрации верхних частот | Преимущество для анализа походки |
|---|---|---|
| Низкочастотные сигналы | Удаляет постуральный дрейф и колебания туловища | Устраняет фоновый шум и ложные срабатывания |
| Ударные пики | Повышает резкость высокоэнергетических пиков ускорения | Точное определение момента удара пяткой |
| Базовая линия сигнала | Выравнивает базовые данные движения | Улучшает видимость пиков для автоматизированных алгоритмов |
| Целостность данных | Выделяет динамику сил реакции опоры | Обеспечивает последовательные точки начала цикла походки |
Повысьте производительность вашей обуви с 3515
Являясь ведущим крупномасштабным производителем, обслуживающим мировых дистрибьюторов и владельцев брендов, 3515 использует передовые биомеханические знания для предоставления превосходных решений для обуви. Наши комплексные производственные мощности позволяют нам интегрировать дизайн, основанный на данных, во все категории, гарантируя, что наша продукция соответствует самым высоким стандартам эргономики и долговечности.
От нашей флагманской серии защитной обуви и тактических ботинок до обуви для улицы, тренировок и официальной обуви — мы предоставляем превосходное массовое производство, необходимое вам для сохранения конкурентоспособности.
Сотрудничайте с 3515, чтобы вывести на ваш рынок высокопроизводительную обувь.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши оптовые потребности
Ссылки
- Rafael Castro Aguiar, Samit Chakrabarty. Simplified Markerless Stride Detection Pipeline (sMaSDP) for Surface EMG Segmentation. DOI: 10.3390/s23094340
Эта статья также основана на технической информации из 3515 База знаний .
Люди также спрашивают
- Почему стандартизированная процедура надевания и снятия СИЗ имеет решающее значение? Освойте протоколы безопасности для максимальной защиты.
- Каковы преимущества гибкой структуры отсеков (FBS)? Оптимизируйте планировку обувных фабрик с помощью высокоточного пространства
- Почему необходимо определять матрицу цифровых навыков в управлении персоналом обувной промышленности? Достижение точности и последовательности
- Почему для датчиков анализа походки выбирается латеральная задняя часть обуви? Повышение точности и стабильности данных
- Как одежда влияет на тепло ног во время зимнего велоспорта? Освойте системный подход, чтобы победить холод
- Как стандартизированные контрольные списки, используемые во время обходов Гемба, способствуют дисциплине и эффективности производственных процессов изготовления обуви? Раскройте пиковую производительность
- Какую роль играют лабораторные динамометрические платформы в проектировании подошв? Инженерное обеспечение пиковой устойчивости и мощности
- Почему необходимо поддерживать достаточный слой ультразвукового геля-аппликатора? Обеспечение точной жесткости тканей стопы