[發(fā)明專利]一種人體活動的特征提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510033906.8
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104586402B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張盛;陳海龍;蔣川
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 余敏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及信號處理與模式識別領(lǐng)域，特別是涉及一種人體活動的特征提取方法。

【背景技術(shù)】

嵌入了運動傳感器的可穿戴設(shè)備有著廣泛的用途。一方面，運動傳感器可以用于健康監(jiān)護，隨著中國人口老齡化的不斷加劇，空巢老人增加，老年人的健康成了子女最關(guān)心的問題，采用可穿戴設(shè)備就可以對老年人日常生活監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)摔倒等危險情況就可以發(fā)出警報，從而避免危險的發(fā)生。現(xiàn)在的都市白領(lǐng)往往疲于工作，閑暇時間多在上網(wǎng)和打游戲，年輕人往往對自己的身體健康狀況沒有一個清晰的認識，采用可穿戴設(shè)備監(jiān)測人的日常活動，計算運動量以及消耗的熱量，然后與健康的生活方式進行比較，可以激勵年輕人時刻注意自己的健康狀況，加強體育鍛煉。另一方面，運動傳感器還可以應(yīng)用于人機交互，例如交互式電子游戲的外設(shè)，以及電影、動畫制作過程中的動作捕捉。另外，運動傳感器還可以用在標準動作的訓練等方面。

人體活動的特征識別在健康監(jiān)護和可穿戴設(shè)備中起著重要的作用。對人體活動進行識別的方法主要有兩大類，一類是基于外部傳感器的識別方法，另一類是基于運動傳感器的識別方法。第一類方法用攝像頭來監(jiān)測人的日常活動，用計算機視覺等技術(shù)識別人體活動。目前已經(jīng)有很多方法可以用來識別人的手勢和運動。基于圖像和視頻的識別受攝像頭探測范圍的限制無法實現(xiàn)對人的二十四小時實時監(jiān)測，而且圖像的采集又會受到物體的遮擋的影響，同時個人隱私又得不到保障，因此這類方法不適用于健康監(jiān)護。目前該方法主要應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實、人機交互和安保智能監(jiān)控等方面。第二類方法則用運動傳感器來采集人的活動數(shù)據(jù)進行識別。微機電系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展使得運動傳感器變得體積小、重量輕、功耗低，將多種運動傳感器集成到可穿戴設(shè)備上已經(jīng)成為一件很簡單的事情。因此利用集成了加速度計、陀螺儀、磁強計等傳感器的可穿戴設(shè)備進行人體活動的識別成為可能。只要把運動傳感器固定在人的身上采集人體活動的數(shù)據(jù)，就可以從數(shù)據(jù)中提取活動特征，用于后續(xù)健康監(jiān)護或者計算機應(yīng)用。

目前，利用加速度計進行人體活動識別的研究有很多，通常的做法是把運動傳感器固定在人體的某個位置，然后對采集到的數(shù)據(jù)進行處理。采集到的數(shù)據(jù)為離散時間序列，提取時，用一個固定長度的時間窗把該離散時間序列劃分成長度相同的若干段，然后對每一段分別提取運動特征，最后根據(jù)提取的運動特征，用一種機器學習的方法來訓練識別人體活動模式。然而，該特征提取方法存在識別精度不高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種人體活動的特征提取方法，可提高人體活動識別的精度。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種人體活動的特征提取方法，包括以下步驟：1)對采集的人體活動數(shù)據(jù)進行分類，劃分為非周期活動的數(shù)據(jù)和準周期活動的數(shù)據(jù)；2)對所述非周期活動的數(shù)據(jù)，采用固定時間窗的特征提取方法提取活動特征；3)對所述準周期活動的數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)時間窗的特征提取方法提取活動特征：估計所述準周期活動中的各段活動的周期，設(shè)定特征提取方法的時間窗為當前段活動的周期，提取當前段活動的特征；4)根據(jù)提取的活動特征進行分類，識別出相應(yīng)的人體活動模式。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明的人體活動的特征提取方法，把運動數(shù)據(jù)分為準周期的和非周期的，對于準周期活動，采用自適應(yīng)時間窗的方法提取用于模式識別的特征；對于非周期活動，采用常規(guī)的固定時間窗的方法提取特征，然后利用提取到的特征對活動進行分類，識別出相應(yīng)的活動模式。由于對準周期活動采用自適應(yīng)時間窗的方法提取，時間窗的大小根據(jù)其各段活動的周期長短來設(shè)定，而不再如現(xiàn)有那樣統(tǒng)一按一個固定時間長度，提取過程充分考慮到活動自身的周期性特點，最終提取的特征能更準確的反映活動模式，從而最終活動識別的精度較高。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實施方式的人體活動的特征提取方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明具體實施方式的人體活動中準周期活動的數(shù)據(jù)示意圖；

圖3是本發(fā)明具體實施方式的人體活動中非準周期活動的數(shù)據(jù)示意圖；

圖4是采用本具體實施方式的自適應(yīng)時間窗提取方法提取準周期活動時的窗口示意圖；

圖5是采用傳統(tǒng)的固定時間窗提取方法提取準周期活動時的窗口示意圖；

圖6是本具體實施方式的方法和傳統(tǒng)方法在分類站、坐、走、跑、上下樓梯六種活動模式上的識別精度、查全率、錯誤率和ROC曲線下的面積對比圖。

【具體實施方式】