[發明專利]一種基于Wi-Fi指紋的定位和活動手勢聯合識別的交互方法

有效

• 申請號: 201911381053.1
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111142668B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王國利;郭凱林;郭雪梅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;H04W4/33;H04W64/00;H04W56/00;H04B17/30;G06F18/231;G06F18/10;G06F18/213;G06F18/22;G06N3/0464;G06N3/084
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開一種基于Wi?Fi指紋的定位和活動手勢聯合識別的交互方法，包括以下步驟：通過Wi?Fi設備收集Wi?Fi指紋的位置的CSI數據和活動手勢的CSI數據；提取Wi?Fi指紋的位置的CSI數據的振幅值和活動手勢的CSI數據的振幅值，并根據同步時間形成CSI數據的一維采樣矩陣；對CSI數據的一維采樣矩陣進行預處理，去除其中的環境噪聲和高頻部分；對預處理后的CSI數據進行分割和上采樣，得到Wi?Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣；設置一維卷積神經網絡模型，對Wi?Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣進行特征提取，且對Wi?Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣進行聯合分類，并得到相應的位置識別和活動手勢識別。

技術領域

本發明涉及Wi-Fi通信領域，更具體地，涉及一種基于Wi-Fi指紋的定位和活動手勢聯合識別的交互方法。

背景技術

使用非穿戴設備實現人體行為感知，即在人體不穿戴傳感器情況下自動感知人體的行為動作，是各種應用場景的關鍵技術，如增強現實游戲，智能家居，遠程醫療等。基于視覺和聲學信號的傳統方法已取得很多的進步，然而，基于計算機視覺的技術受到視線(LOS)路徑和潛在泄露人類隱私的限制；基于聲音的識別方法的目標是在較短的小波范圍內進行感知行為。隨著Wi-Fi設備的普及促進了許多基于Wi-Fi的人體感知技術的研究，基于Wi-Fi感知的主要原理是人體的行為在Wi-Fi信號中引入了獨特的多路徑反射。

雖然在Wi-Fi感知方面有著豐富的研究成果，但現有技術很少將活動手勢識別和定位的結合在一起，而這中結合可以大大提高人機交互應用的實用性。

發明內容

本發明提出了一種基于Wi-Fi指紋的定位和活動手勢聯合識別的交互方法。本發明不需要用戶穿戴或依賴任何傳感器，只需要利用各種室內分布的Wi-Fi設備，收集Wi-Fi中的CSI信息，再利用深度神經網絡算法學習CSI信號中的特征并與預定義的位置和活動進行匹配，獲得最佳的深度學習模型，從而實現基于Wi-Fi指紋的位置與活動手勢的識別。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于Wi-Fi指紋的定位和活動手勢聯合識別的交互方法，包括以下步驟：

通過Wi-Fi設備收集Wi-Fi指紋的位置的CSI數據和活動手勢的CSI數據；

提取Wi-Fi指紋的位置的CSI數據的振幅值和活動手勢的CSI數據的振幅值，并根據同步時間形成CSI數據的一維采樣矩陣；

對CSI數據的一維采樣矩陣進行預處理，去除其中的環境噪聲和高頻部分；

對預處理后的CSI數據進行分割和上采樣，得到Wi-Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣；

設置一維卷積神經網絡模型，對Wi-Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣進行特征提取，且對Wi-Fi指紋的位置對應的CSI矩陣和活動手勢對應的CSI矩陣進行聯合分類，并得到相應的位置識別和活動手勢識別。

本發明的工作原理：通過收集在室內Wi-Fi環境下人體活動所產生的CSI信號；對收集到的CSI信號進行預處理，主要是去除環境噪聲；然后對預處理后的CSI信號進行分割提取，使CSI信號中僅包含因人體活動產生的無線電信號信息；最后使用深度神經網絡對CSI信號中的指紋特征進行提取和模式匹配，實現位置和活動手勢的聯合識別。

本發明中，用同步線纜將同步時鐘和發射、接收天線連接起來，以作同步時間。

在一種優選的方案中，“提取Wi-Fi指紋的位置的CSI數據的振幅值和活動手勢的CSI數據的振幅值”包括以下內容：

通過Wi-Fi設備收集的CSI數據通過下式進行表達：