2、步态研究：从医学、心理到计算机视觉的多维度探索

步态研究：从医学、心理到计算机视觉的多维度探索

1. 步态研究的历史与医学基础

步态研究历史悠久，早期如亚里士多德、达芬奇、伽利略等都在相关领域有所贡献。博雷利是人类运动研究的先驱，他对运动的力学原理感兴趣，为运动生物力学研究奠定了基础。后来，韦伯兄弟用简单仪器研究人类行走和跑步，认为下肢像钟摆运动，但这些研究缺乏科学论证，需要更先进的数学技术和可靠的仪器来深入研究。

迈布里奇是第一个广泛使用摄影技术记录运动的人。此后，医学和生物力学领域对步态进行了大量研究，因为步态是人类活动的基础。医学研究的目的是对步态成分进行分类，以治疗病理异常的患者。默里等人针对病理正常的人制定了标准运动模式，用于与病理异常患者的步态模式进行比较，研究表明每个受试者的步态似乎是独特的。不过，医学领域常用的数据收集系统需要在受试者身上附着标记，这种方法虽在医学领域实用，但不适合用于身份识别。

1.1 步态周期

一个步态周期是同一脚连续两次初始脚与地面接触（脚跟触地）的时间间隔。每条腿有两个不同的阶段：站立阶段（脚与地面接触）和摆动阶段（脚离开地面向前移动到下一步）。周期从一只脚的脚跟触地开始，标志着站立阶段的开始。此时脚踝弯曲使脚平放在地面上，身体重量转移到这只脚上。另一只脚的脚跟离地向前摆动。当身体重量转移到另一只脚上时，支撑腿的膝盖弯曲，后面那只脚的其余部分离地，结束站立阶段。

从默里等人的研究可以得出，如果考虑所有的步态运动，步态是独特的。大约有二十种不同的步态成分，其中一些只能从受试者的俯视视角测量。默里发现“骨盆和胸部的旋转在不同受试者之间差异很大”，而且这些旋转模式即使从俯视视角也难以测量，并且不适合在许多实际情况中应用。此外，这些旋转模式在同一受试者