[發明專利]一種基于動態時間規整的頭部姿態識別方法

有效

• 申請號: 202011485090.X
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112527118B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 李淮周;王宏;李森;曹祥紅;胡海燕;武東輝;溫書沛;吳彥福;李曉彬
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G01C9/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發明提出了一種基于動態時間規整的頭部姿態識別方法，其步驟為：通過固定在頭部的慣性傳感器采集頭部動作姿態在X方向、Y方向、Z方向的加速度和角速度的特征數據，并存儲在數據集中；對數據集中的數據進行預處理，檢測頭部動作的起始時間和終止時間，提取頭部動作的動作區間；構建頭部動作模板；通過檢測到的頭部動作數據與得到的頭部動作模板數據計算規整路徑；規整路徑DTW最小值對應的標準模板頭部動作類型則為待識別數據的頭部動作類型。本發明依靠慣性傳感器測量的加速度和角速度信息可以準確的估計出測試對象的頭部動作類型，能有效提高人體頭部動作的識別準確率；且價格低、數據處理量小、反應快、識別準確率高。

技術領域

本發明涉及模式識別的技術領域，尤其涉及一種基于動態時間規整的頭部姿態識別方法。

背景技術

隨著人工智能技術的發展，極大地改變了人類生產生活方式，傳統的鍵盤鼠標輸入方式并不能滿足所有人的需求，如上肢不健全者。為此開發一種基于頭部姿態動作識別技術引起了研究者的廣泛關注。

按照頭部姿態計算使用設備類型可以分為兩類：一類使基于佩戴慣性傳感器的方法，如公告號為CN103076045B的發明專利申請提供了一種頭部姿態感應裝置和方法；公開后為CN105943052A的發明專利提供了一種基于偏轉角的疲勞駕駛檢測方法及裝置；通過加速度和角速度傳感器獲得準確的頭部姿態，該種方法優點是精度高、實時性好，缺點是需要用戶佩戴慣性傳感器，并且這些偏重于姿態估計，并沒有提供一種頭部動作識別技術；另一種方法基于機器視覺方法，如譚等提出0公開號為CN102737235A的發明專利----基于深度信息和彩色圖像的頭部姿勢估計方法，通過攝像頭或深度相機來估計頭部姿態，該種方法優點是與測試對象不接觸，缺點是攝像頭成像易受光照、背景、表情的影響，相較前者而言，圖像處理一般計算量大，準確率不夠高，有待進一步改善。

動態時間規整算法(dynamic time warping，DTW)是一種基于動態規劃(dynamicprograming)的方法，廣泛用于語音、姿態識別領域。動態時間規整算法可以將數據在時間軸下扭曲，實現時間序列的延伸或縮短，以達到更好的對齊，從而提高算法的準確率、魯棒性。頭部動作由于個人習慣，當前狀態不同均可能導致動作時間長度的改變，是一個典型不等長的時間序列識別問題。

發明內容

針對現有頭部姿態識別的計算量大，準確率不夠高的技術問題，本發明提出一種基于動態時間規整的頭部姿態識別方法，通過DTW方法評價不同動作與標準模板之間時間序列規整路徑距離來識別不同的頭部動作，數據處理量小，識別準確率高。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于動態時間規整的頭部姿態識別方法，其步驟如下：

步驟S1：數據采集：通過固定在頭部的慣性傳感器采集頭部動作姿態在X方向、Y方向、Z方向的加速度和角速度的特征數據，并存儲在數據集中；

步驟S2：頭部動作的端點檢測：對數據集中的數據進行預處理，根據預處理后的頭部慣性數據合角速度信息檢測頭部動作的起始時間和終止時間，提取頭部動作的動作區間；

步驟S3：計算頭部動作時間序列模板：根據步驟S2端點檢測檢測到的頭部動作數據及相關的動作標簽，構建X方向、Y方向、Z方向的加速度、角速度頭部動作模板；

步驟S4：計算規整路徑：數據集中的測試集通過步驟S2檢測的頭部動作數據分別與步驟S3得到的頭部動作模板數據計算規整路徑；

步驟S5：判斷頭部動作類型：規整路徑DTW最小值對應的標準模板頭部動作類型則為待識別數據的頭部動作類型。