[發(fā)明專利]基于商用Wi-Fi人體活動識別與動作質量評估方法

有效

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• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112364770B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 賈曉霞;張蕾;張岳強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06V40/20
• 分類號: G06V40/20;G06V10/30;G06V10/74;G06V10/764
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發(fā)明涉及無線網絡、人體活動識別，為通過使用一系列降噪方法和數據挖掘技術處理Wi?Fi信號，實現使用商用Wi?Fi設備即可檢測動作和對動作進行質量評估，本發(fā)明，基于商用Wi?Fi人體活動識別與動作質量評估方法，步驟如下：數據收集：從商用多天線Wi?Fi設備中提取信道狀態(tài)信息CSI；數據預處理；動作分類；動作質量評估：首先建立標準活動的特征庫，然后計算未知CSI模式與預先構造的CSI模式的相似度；利用動態(tài)時間規(guī)整DTW和模糊推理系統(tǒng)FIS相結合的方法，將捕捉到的運動數據即未知CSI模式與參考動作即預先構造的CSI模式進行比較，并提供反饋。本發(fā)明主要應用于人動作質量評估場合。

技術領域

本發(fā)明涉及無線網絡，涉及到數據挖掘領域，具體涉及到一種基于商用Wi-Fi設備的人體動作識別和動作質量評估系統(tǒng)。

背景技術

隨著無線網絡的發(fā)展,基于商用Wi-Fi設備在人們的生活中已越來越普及。其發(fā)射的屬物理層的無線信號CSI(Channel State Information信道狀態(tài)信息)不僅可以傳輸數據，而且會在設備周圍的物體上發(fā)生反射、衍射、散射等，最終到達接收設備，由此攜帶周圍環(huán)境大量信息用以感知環(huán)境。通過對接收端所收集的CSI信號數據分析處理，并使用合適的模型進行分類，可以用于行為識別、室內定位、入侵檢測等等。相比于商用Wi-Fi設備，一些專業(yè)設備，如可穿戴傳感器、軟件無線電設備、攝像頭等，也可用來跟蹤運動軌跡，精確的捕獲動作信息，但價格昂貴，普及度低。

體操運動是一項著名的體育運動，有很多的練習者。日常鍛煉對健康很重要，但由于時間和空間的限制，人們很難堅持下去。與其他運動相比，體操有著明顯的優(yōu)勢，只要有可能，就可以每天進行。因為沒有時間和空間的限制，所以很方便，很容易做，而且事后感覺很精神。人們可以在家里、辦公室和健身房做體操。然而，只有標準動作才能刺激身體，防止可能的身體傷害。標準的活動對鍛煉的有效性起著重要作用。不規(guī)范的運動可能導致身體傷害，從而無法達到鍛煉的效果。如果能夠判斷鍛煉動作的標準度，并在不標準動作發(fā)生后發(fā)出反饋，便可較大程度的降低不標準動作造成的傷害。目前對動作標準化的檢測的研究多集中于圖像、加速度傳感器、壓敏等方法，采用商用Wi-Fi設備獲取動作數據極少。

本發(fā)明利用商用Wi-Fi設備實現動作識別和動作質量評估系統(tǒng)的實現。

發(fā)明內容

為克服現有技術的不足，本發(fā)明旨在通過使用一系列降噪方法和數據挖掘技術處理Wi-Fi信號，實現使用商用Wi-Fi設備即可檢測動作和對動作進行質量評估。為此，本發(fā)明采取的技術方案是，基于商用Wi-Fi人體活動識別與動作質量評估方法，步驟如下：

數據收集：從商用多天線Wi-Fi設備中提取信道狀態(tài)信息CSI；

數據預處理：首先對CSI進行降噪處理，然后對連續(xù)的信號進行切割，將信號切割成單個動作；

動作分類：利用提取的特征對活動進行識別；

動作質量評估：首先建立標準活動的特征庫，然后計算未知CSI模式與預先構造的CSI模式的相似度；

利用動態(tài)時間規(guī)整DTW和模糊推理系統(tǒng)FIS相結合的方法，將捕捉到的運動數據即未知CSI模式與參考動作即預先構造的CSI模式進行比較，并提供反饋。

對CSI進行降噪處理詳細步驟如下：

采用基于Hampel和主成分分析PCA的兩級去噪方法來保持真實的CSI波形變化，其中，為實現細粒度的動作檢測，系統(tǒng)采用Hampel濾波器來去除不相關的頻率噪聲，并使用PCA算法對收集到的信號進行進一步處理；

對連續(xù)的信號進行切割詳細步驟是，首先，通過獲取CSI的方差來自動識別每個活動的結束位置；然后，通過從結束點選擇適當的跟蹤窗口大小來確定下一個活動的起點位置。

對連續(xù)的信號進行切割進一步詳細步驟是，當動作結束時，CSI頻差有顯著變化，引入一個能量指示器來檢測活動的終點，計算公式如下：