[發明專利]一種與加速度傳感器的放置方式和位置無關的運動識別方法

有效

• 申請號: 201310405446.8
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103472917A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陳嶺;候倉健;陳根才
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及運動識別領域，尤其涉及一種與加速度傳感器的放置方式和位置無關的運動識別方法。

背景技術

近年來，隨著微型機電系統（Micro?Electro?Mechanical?System，MEMS）技術的發展，加速度傳感器的微型化、智能化，基于加速度傳感器對人體運動如走路、跑步、站立等基本動作的識別越來越受到重視。同時，目前許多智能手持設備如智能手機、智能平板等都集成了加速度傳感器。由于智能手持設備總是被用戶隨身攜帶，且計算能力越來越強，因此利用智能手持設備中內置加速度傳感器對人體運動進行識別變得可行并在交互游戲、健康監護等領域有廣泛的應用。

基于加速度傳感器的運動識別方法主要包括原始信號采集、特征抽取、模型建立和活動識別四個過程。采集到的原始信號為三維的加速度信號，通過特征抽取過程抽取運動的特征，根據運動的特征建立模型，用于進行后續的運動識別過程。現有的特征抽取過程主要是抽取均值、方差、最大值、最小值等統計特征和頻域熵、能量等頻域特征。由于裝備加速度傳感器的設備如智能手機的放置方式及放置位置不同，其中放置方式指智能手機的手機屏幕朝向或背向人體，智能手機正放或者倒著放置等多種不同的放置方式，放置位置指的是智能手機放置在胸口，褲子口袋等不同的放置位置，不同放置方式或放置位置下的加速度傳感器在同一運動下的活動變化不同，提取的特征在分布上差異很大，因此，現有的利用加速度傳感器進行人體運動識別的方法要求加速度傳感器必須以特定的方式固定在人體特定的位置，當不按照指定方式佩戴傳感設備時會極大地影響識別的準確率。另一方面，加速度傳感器在使用過程中很容易發生平移或旋轉，偏離預定位置，導致識別性能下降。智能手持設備在用戶運動過程中的放置方式和位置一般無法固定，用戶對智能手持設備的放置方式和位置的自由度很高，該現象在使用智能手持設備如智能手機的情況下尤其嚴重。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種與加速度傳感器的放置方式和位置無關的運動識別方法。

一種與加速度傳感器的放置方式和位置無關的運動識別方法，包括：原始信號采集過程、特征抽取過程、模型建立過程和運動識別過程，所述的特征抽取包括以下步驟：

（1）采用PCA算法從原始信號中抽取主要成分，得到與加速度傳感器的放置方式和位置無關的時序信號；

（2）對所述的時序信號進行離散化處理，得到離散序列；

（3）利用滑動窗口模型將所述的離散序列劃分為若干個分段序列；

（4）將每個分段序列轉換為符號序列作為模式詞匯；

（5）統計各模式詞匯的詞頻，并按詞頻從高到低排序，取前K個模式詞匯作為模式特征詞匯。

本發明利用加速度信號本身變化的特點，通過PCA算法（即主成分分析，Principal?Component?Analysis，PCA）將原始的三維的加速度信號降階得到一維的時序信號，成功的從原始信號（原始的三維加速度信號）中提取出與加速度傳感器的放置方式和位置無關的部分，進一步對該部分進行分段編碼得到若干個模式詞匯，并從中提取得到一定數量的模式特征詞匯。單個運動的模式特征詞匯個數K的取值可變，根據實際情況設定。

所述步驟（2）的離散化處理包括以下步驟：

（2-1）對所述的時序信號進行歸一化處理，得到標準序列；

（2-2）根據公式：