4次ローパスバターワースフィルターを適用する主な目的は、高周波干渉を剥ぎ取りながら人間の動きの真の信号を保護することにより、生のセンサーデータを厳密にクリーンアップすることです。この処理ステップは、ノイズの多い生の測定値を分析に使用される正確な生体力学的データセットに変換するために不可欠です。
動きや力のセンサーからの生のデータは、環境的および機械的な干渉のために、初期状態ではほとんど使用できません。このフィルターは、生の入力と実行可能な洞察の間のギャップを埋め、可動域や角速度などの重要な指標が信号アーティファクトではなく生物学的事実に基づいていることを保証します。
生のデータの課題
信号干渉の発生源
力や動きのセンサーから収集された生のデータは、本質的に「汚れています」。多くの場合、真の信号を歪める高周波ノイズが含まれています。
原因の特定
このノイズは通常、非生物学的なソースによって生成されます。一般的な原因としては、電気信号、テスト機器固有の機械的振動、および無関係な微小運動が挙げられます。
4次ローパスバターワースフィルターが使用される理由
ノイズの除去
このフィルターの「ローパス」特性により、上記で特定された高周波ノイズを標的とし、効果的に除去することができます。特定のしきい値を超える周波数をカットすることにより、振動や電気的干渉によって引き起こされるランダムなデータポイントを除去します。
信号の完全性の維持
ノイズを除去することは重要ですが、重要なデータを劣化させることなく行う必要があります。このフィルターは、中低周波信号の完全性を維持するように設計されています。これらの周波数には、意味のある人間の動きのデータが存在します。
生体力学的分析への影響
計算精度の確保
生体力学的テストは、運動学的指標などの派生計算に依存します。基になるデータがノイズが多い場合、可動域（ROM）や角速度などの指標の計算は不正確になります。
製品性能の評価
このデータ処理の最終的な目標は、重要な評価をサポートすることです。履物製品の性能と安全性を評価する際には、正確なデータが不可欠です。
トレードオフの理解
純粋さと現実のバランス
このフィルターの適用は、データ処理における必要なバランスを表します。目標は、データを実用的なものにするために十分なノイズを除去することですが、人間の動きの特性を変更するほどではありません。
生のデータの危険性
この特定のフィルタリングプロセスなしでデータを使用すると、エラーのリスクが高まります。機械のアーティファクトを分析することになり、体の力学を分析することにはならないため、安全性と性能に関する結論は無効になります。
目標に合わせた適切な選択
生体力学的テストで有効な結果が得られるように、次の点を考慮してください。
- 主な焦点がデータ精度にある場合：このフィルターを適用して、電気的および機械的アーティファクトを除去し、運動学的指標が真の人間運動を反映していることを確認します。
- 主な焦点が製品評価にある場合：履物の安全性と性能の有意義な評価は、このプロセスによって維持される中低周波信号の完全性に完全に依存します。
クリーンなデータは、信頼できる生体力学的結論を構築できる唯一の基盤です。
概要表：
| 機能 | 生体力学的テストにおける目的 |
|---|---|
| フィルタータイプ | 4次ローパスバターワース |
| 主な目標 | 高周波ノイズを除去し、生物学的信号を維持する |
| ノイズ源 | 電気的干渉、機械的振動、微小運動 |
| 保護される主要指標 | 可動域（ROM）、角速度、運動学的指標 |
| 出力の利点 | 履物の安全性と性能評価のためのクリーンなデータ |
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参考文献
- Xiaohan Xu, Genevieve Williams. Kinematics of balance controls in people with chronic ankle instability during unilateral stance on a moving platform. DOI: 10.1038/s41598-025-85220-x
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .