Основная цель применения цифрового фильтра нижних частот при анализе походки — отделить истинное движение человека от электронного шума и высокочастотных вибраций, присущих системам захвата движения. Изолируя низкочастотные сигналы, которые представляют фактическое движение конечностей, исследователи могут генерировать плавные кинематические кривые и обеспечивать точность сложных вычислений.
Ключевой вывод Фильтр нижних частот действует как критический барьер, удаляя нефизические артефакты и сохраняя данные, представляющие естественное движение. Без этого шага высокочастотный шум значительно исказил бы производные метрики, такие как скорость и ускорение, сделав анализ ненадежным.
Различение сигнала и шума
Частота движения человека
Биомеханика походки человека имеет ограничения. Физическое движение конечностей происходит на относительно низких частотах, что означает, что изменения положения происходят плавно и постепенно во времени.
Природа артефактов захвата движения
Напротив, необработанные данные с камер захвата движения часто содержат «дрожание» или высокочастотные вибрации. Это не физические движения, совершаемые испытуемым, а артефакты, генерируемые оборудованием захвата или вибрацией маркера.
Роль частоты среза
Фильтр нижних частот работает, устанавливая определенный порог, известный как частота среза. Для общего анализа походки обычно используется частота среза около 7 Гц. Это позволяет проходить медленным, истинным сигналам движения, блокируя быстрый, нефизический шум.
Влияние на производные параметры
Сглаживание кинематических кривых
Необработанные данные траектории часто бывают зазубренными из-за шума. Фильтрация создает плавные кинематические кривые, обеспечивая более четкое визуальное и математическое представление траектории движения испытуемого.
Улучшение расчетов скорости
Скорость рассчитывается путем определения того, как быстро изменяется положение. Если данные о положении зашумлены, рассчитанная скорость будет сильно колебаться. Фильтрация гарантирует, что профиль скорости отражает фактическую скорость испытуемого, а не ошибку системы.
Стабилизация данных ускорения
Ускорение — это вторая производная положения, что означает его высокую чувствительность к шуму. Даже микроскопические ошибки в данных положения могут привести к огромным, нереалистичным пикам ускорения. Фильтрация абсолютно необходима для предотвращения этих ошибок расчета.
Понимание компромиссов
Риск чрезмерной фильтрации
Если частота среза установлена слишком низко (например, значительно ниже 7 Гц), вы рискуете чрезмерно сгладить данные. Это удаляет не только шум, но и допустимые быстрые движения, такие как первоначальный удар пяткой.
Риск недостаточной фильтрации
Если частота среза установлена слишком высоко, происходит значительное сохранение шума. Хотя данные о положении могут выглядеть приемлемыми, производные данные ускорения останутся слишком зашумленными, чтобы быть полезными для динамического анализа.
Обеспечение точности вашего анализа
Чтобы ваш анализ походки давал действенные результаты, вы должны сбалансировать сохранение сигнала с уменьшением шума.
- Если ваш основной фокус — визуальная траектория: Стандартный фильтр нижних частот обеспечивает плавные анимации и чистые графики для представления.
- Если ваш основной фокус — силы и ускорение суставов: Строгая фильтрация является обязательной, поскольку усиление шума в этих производных сделает ваши результаты недействительными.
Эффективная фильтрация преобразует необработанные, зашумленные координаты в надежный цифровой двойник движения человека.
Сводная таблица:
| Функция | Сигнал (движение человека) | Шум (артефакты системы) |
|---|---|---|
| Диапазон частот | Низкая частота (обычно < 7 Гц) | Высокая частота |
| Физический источник | Фактическое движение конечностей и тела | Электронное дрожание, вибрация маркера |
| Влияние на данные | Представляет истинные кинематические траектории | Искажает скорость и ускорение |
| Действие фильтра | Проходит через порог | Блокируется/ослабляется |
Улучшите исследование вашей обуви с помощью точных данных
В 3515 мы понимаем, что высокопроизводительная обувь начинается с тщательного биомеханического анализа. Как крупный производитель, обслуживающий дистрибьюторов и владельцев брендов, мы используем технические знания для производства превосходной обуви во всех категориях. Наши комплексные производственные возможности включают нашу флагманскую серию рабочей обуви, а также рабочие и тактические ботинки, обувь для активного отдыха, тренировочную обувь, кроссовки, а также классическую и формальную обувь.
Независимо от того, разрабатываете ли вы специализированное тактическое снаряжение или эргономичные кроссовки для массового распространения, наша приверженность качеству гарантирует, что ваша продукция соответствует самым высоким стандартам движения и безопасности. Сотрудничайте с нами, чтобы вывести на рынок научно обоснованную обувь.
Свяжитесь с 3515 сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в массовом производстве