随着科学技术的发展,虚拟现实技术的引入使得人机交互技术的发展到一个新的高度。虚拟现实和人机交互技术已经越来越多的应用在军事仿真、医疗康复、创造游戏,和其他领域。行动是人类行为的基础。其中,人类行为和行为分析是一个重要的研究方向。在人类行为和行动,识别研究基于行为和行动方便的特点,直觉,强相互作用力、丰富的表达信息,等等。它已经成为许多研究人员对人类行为分析的第一选择。然而,人类运动和电影与许多模糊因素复杂的对象,这是很难表达和处理。传统的运动识别通常是基于二维彩色图像,而二维RGB图像易受背景干扰,光线,环境和其他因素干扰人类的目标探测。近年来,越来越多的研究人员开始使用模糊数学理论来识别人类的行为。足底压力不同运动模式下的数据是通过实验收集的,和当前步态信息进行了分析。 The key gait events including toe-off and heel touch were identified by dynamic baseline monitoring. For the error monitoring of key gait events, the screen window is used to filter the repeated recognition events in a certain period of time, which greatly improves the recognition accuracy and provides important gait information for motion pattern recognition. The similarity matching is performed on each template, the correct rate of motion feature extraction is 90.2%, and the correct rate of motion pattern recognition is 96.3%, which verifies the feasibility and effectiveness of human motion recognition based on fuzzy theory. It is hoped to provide processing techniques and application examples for artificial intelligence recognition applications.
因为人类运动的多样性,嘈杂的场面,和多变的相机运动的观点,它是人类运动更难识别。人类行为的模糊识别已经成为模式识别。首先,人类行为不是一个单一的行动,但是一系列的行动,比如拿起手机,站起来,走到接电话。目前主流动作识别算法,如隐马尔可夫模型和动态时间规整算法通常用于分析一个单一的行动,如果我们想了解有关的一系列行动,我们需要把他们成一个单一的行动为进一步研究[gydF4y2Ba
根据互联网项目的背景和上面的问题,医学智慧和家庭已经成为一种不可抗拒的潮流,和促进家庭护理和社区护理已成为最好的解决方案gydF4y2Ba
他们的独特优势,无线传感器网络在各个领域的广泛应用。目标跟踪是无线传感器网络的重要研究热点之一(gydF4y2Ba
运动分析允许人们了解目标对象的运动规律和用它来分析和建模gydF4y2Ba
除了模糊识别,有效的特征系统识别所需的行为(gydF4y2Ba
基于足底压力传感器网络采集的数据在不同的运动模式,足底压力变化的特征在每个测量进行了研究。在此基础上,一组用于监测和识别的算法跟着陆和脚趾头步态事件的设计。算法可以动态地调整自身的参数根据当前步态周期,足底压力振幅相对价值,和其他信息,识别关键步态事件在不同的运动组合,并提供重要的运动步态信息模式识别。针对加速度变化的准周期性的特征在不同人类运动的过程中,人类运动模式识别的方法设计了基于步态事件信息。方法拦截加速度三轴加速度计采集的数据通过关键步态事件和建立一个数据集对人类运动模式识别。对于每个数据集,LDA建立分类器识别当前的运动模式。最后,投票决定在所有分类器的分类结果。全面识别精度的方法四个运动模式可以达到95.84%。gydF4y2Ba
模糊神经网络是一种神经网络与模糊权重系数或输入信号是一个模糊量。模糊模型的建模方法用于解决非线性系统。输入空间划分为若干个模糊与线性模型在每个地区的区域。当地的输出模型的加权输入隶属函数。因为有很多歧义在客观世界中,所以“模棱两可”可以更准确地描述客观世界,而不是“清晰。“模糊理论用隶属函数来描述事物的模糊度。它是一种精确的方法来解决这个问题的不确定性。它的表达更符合人类思维的逻辑,可以应用于许多学科和领域。在这篇文章中,但是模糊神经网络模型,是一个对于多输入系统。它有九个输入单元,包括八个行动的标准方差和质心变化。每个输入隶属函数。 The first layer of the system is the input layer, which is expressed as
的轮廓的精确提取运动人体行为分析是一项重要的前期工作。在实际工程应用中,获得的图像有更多的噪音,和现有的边缘检测算法通常使用边缘检测算子如精明,Robertscross,普瑞维特,Sobel检测灰度值跳跃。人体的边缘图像所示。轮廓检测到这些方法一般不同的厚度,或者nonconnected的轮廓是由部分。出于这个原因,检测人体的轮廓后,需要大量的工作进行融合和精致的轮廓。数据预处理的流动图所示gydF4y2Ba
数据预处理的流程。gydF4y2Ba
特征提取的目的是为了从原始数据中提取最具代表性的特征,可用于比较逻辑的解释人类行为或信号。提取的特征值有以下特征:不同的行为的特点是不同的,很容易区分。目前使用的主要特征包括时域特性、频域特性,和时频特性。态度角度(横摇角、螺旋角和偏航角)最初是用于航空系统代表飞行物体的方位信息。当人体穿着惯性传感器执行不同的行为,这些设备绑定到人体可能会产生上下波动,左,右,和背部,类似于飞机的操作在有限的空间变化。启发,研究人员介绍了特征提取的姿态角对人类行为进行分类。一些典型的特点是采用:(1)绝对平均偏差(疯狂),(2)波峰因素,(3)光谱能量(阉割),和(4)两两相关系数。同时,算法的复杂性,需要考虑系统的能源效率。因此,提取特征后,算法应该被采纳。选择的功能如下。gydF4y2Ba
特征选择的目的是选择最显著的特征值的特性集,减少原始特性集的维数。应用范围广泛的特征选择算法是主成分分析(PCA),线性判别分析(LDA),独立分量分析(ICA)。为了保持运动的主要特征信息,同时减少融合特征维度,主成分分析(PCA)是用于分析的融合特征角特性,特性,相对位置和速度特性的基础上,联合三维空间坐标。postdimensional融合特性作为训练和测试数据,并在此基础上,分类器的训练和识别人类行为类型的实现。在特征融合,只有不同的单一的功能可以被合并在描述相同的行动。描述这三个特性是相同类型的动作特征,表现出一定的互补性。因此,三个可以合并成一个单一的功能特性来表示人类的运动。为了有效融合的三个功能,预处理多个动作特性相结合,和主要组件是在此基础上提取出来。gydF4y2Ba
主成分分析人体运动模型的结果如下:gydF4y2Ba
LDA人体运动模型的结果如下:gydF4y2Ba
ICA人体运动模型的结果如下:gydF4y2Ba
其中,gydF4y2Ba
动作元素有不同的含义从“基本行动”行动,动作元素,或国防部分析。建立动作元素的目的是反映设备的各种设计参数之间的映射关系的过程中操作和各种行为属性的过程中人类的运动。国防部的基本动作元素分析是类似的动作元素建立的感觉。的期限计算耦合多作用的元素。包需要在国防部分析用于计算时间关系,但一个动作元素可以一组一个或多个基本操作,包含相同的人类运动特征和物理属性。动作元素指的是组基本操作使用相同的操作类别和物理意义主体的运动过程中,当人们改变外部对象的运动状态。结合各种因素及其动态特性在舒适性分析的控制设备,操作元素的概念模型表示如下:gydF4y2Ba
其中,在执行操作工作,人员重复和周期性的在许多情况下,人体感觉有时间累积效应。即使设备满足舒适要求,经过一段时间的机动操作,它还感觉不舒服由于能源消耗身体的累积效应造成的时间;因此,当研究舒适的操纵设备,需要削弱或消除重复操作和时间累积效应,这舒适的操作装置可以客观地评价和分析。基于这一考虑,使用设备所需的时间来完成一个特定的时区操纵的目的是研究,和所有使用的基本动作的集合操作符时区用作操纵过程中的调查学习时的舒适设备。action元素用于分解操作过程;因为操纵过程中的动作元素组合是一个动态变化的过程,各种动作元素动态各种操纵状态之间转移有一定概率,这个概率是整个操作。这个过程是确定不变的,概率很大程度上满足古典概率的分布状态。因此,无量纲的概率是由计算时间动作元素的能力在操纵过程中,每个动作元素的操作过程。的时间限制gydF4y2Ba
人类行为的元素具有以下特性。(1)人类行为元素有一个继承层次链接结构和运动水平。人类行为元素形成的结构根据运动链接关系是一个树结构。肢体运动有层次继承;即父母的肢体运动可以推动其孩子的四肢做同样的运动,而孩子的肢体运动对父母的四肢没有影响。人类行为的层次继承元素可以用来分解复杂运动行动一步一步,和身体的形状和运动的位置参数表示移动肢体相对于父肢体。(2)人类行为的运动元素运动约束。人类的运动元素有两种运动模式,位移和旋转。当周围的肢体旋转接头点,它的自由运动和旋转角度受到一定的约束。(3)影响的程度的运动人体的整体运动与它在层次结构中的位置。gydF4y2Ba
人类运动的可视化的目的是使用人类的运动传感器采集的数据驱动人体模型在程序中,因此,人类的身体运动也可以复制到虚拟的3 d环境中。与录像人体运动相比,人类运动基于传感器数据的存储和显示系统和可视化方法数据量小等优点,可移植性强,方便观察和研究。我们使用怪物渲染引擎可视化人体运动。对于系统的可伸缩性,我们封装司机人体模型的方法在食人魔,为驾驶员提供一个数据格式的接口模型。数据转换模块负责将人类运动不同格式的数据转换成数据表示符合接口,从而实现隔离和控制解耦的目的和怪物模型输入数据的格式。目前,我们的可视化系统兼容两个人类运动输入格式,包括我们定义pose-based quaternion-based人类运动格式和BVH格式常见的人体运动。事实上,定义数据接口后,系统可以扩展更多的人类运动输入格式和各种不同的渲染引擎和虚拟人模型。人类运动可视化系统的结构如图gydF4y2Ba
人类运动可视化系统的结构图。gydF4y2Ba
根据系统图的结构示意图gydF4y2Ba
不同的算法的复杂性如表所示gydF4y2Ba
不同的算法的复杂性。gydF4y2Ba
| 排序算法gydF4y2Ba | 平均时间复杂度gydF4y2Ba | 最好的情况gydF4y2Ba | 坏的情况下gydF4y2Ba | 空间复杂度gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|---|
| 冒泡排序gydF4y2Ba |
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| 选择排序gydF4y2Ba |
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| 插入排序gydF4y2Ba |
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| 希尔排序gydF4y2Ba |
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| 归并排序gydF4y2Ba |
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| 快速排序gydF4y2Ba |
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| 堆排序gydF4y2Ba |
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| 数排序gydF4y2Ba |
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| 桶排序gydF4y2Ba |
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| 基数排序gydF4y2Ba |
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本文的实验数据集使用人体运动捕捉数据库。有2564个人类运动数据库中的数据。他们贴上130人类运动类别和6244运动的例子。标志性的运动是符合其实际的参考运动,可以清楚地看到这种运动的实际意义。比喻动作表达抽象的内容,可以人为地赋予。每个运动数据包含一个序列为31骨骼的运动数据。使用在其网站上提供的代码,很容易获得数据的形式接头位置和姿态四元数。处理后,我们每个人运动存储在一个矩阵。矩阵中的每一行代表一个行动框架,每个人体运动有不同的长度,和最长的运动包含801帧的数据。捕捉人体姿势的采样率是30 Hz,关节位置的准确性是2厘米,和不同的长度有不同的运动分布直方图,如图gydF4y2Ba
人类行为的长度分布的直方图。gydF4y2Ba
矩阵的每一行包含124个浮点数,每个四个代表相对姿态四元数的骨头在人类骨骼模型中,每一行31四元数。在每个实验中,我们将进一步根据需要处理数据。因为每个人类行为的时间长短不一,最长的行动长度是801帧。TensorFlow要求输入的形状张量是相同的。我们可以扩展人类行为短帧到801帧。但它会浪费大量的计算时间,和输入序列的长度差异将使模型偏离很大。所以我们每个人运动扩展到256帧以统一的长度。对人类的行为少于256帧,我们使用零帧完成他们256帧结束的时候行动;对于人类活动超过256帧,我们随机选择256帧无重复,让他们形成短序列在最初的秩序。这不仅结合人类行为的长度,而且减少了计算量,同时保留尽可能多的行动信息。gydF4y2Ba
不同算法的比较如表所示gydF4y2Ba
比较不同的算法。gydF4y2Ba
| 时间复杂度(%)gydF4y2Ba | 空间复杂度(%)gydF4y2Ba | 正确性(%)gydF4y2Ba | |
|---|---|---|---|
| 模糊神经网络gydF4y2Ba | 5gydF4y2Ba | 10gydF4y2Ba | 97.6gydF4y2Ba |
| MVDR-based特征提取(gydF4y2Ba |
8gydF4y2Ba | 18gydF4y2Ba | 92.3gydF4y2Ba |
| Pseudo-2D棍模型和K-ary树散列(gydF4y2Ba |
11gydF4y2Ba | 21gydF4y2Ba | 94.1gydF4y2Ba |
| 遗传算法(gydF4y2Ba |
14gydF4y2Ba | 12gydF4y2Ba | 96.3gydF4y2Ba |
| 修改采样共识和内核滑动感知器(gydF4y2Ba |
10gydF4y2Ba | 25gydF4y2Ba | 93.5gydF4y2Ba |
| 密集的深度地图(gydF4y2Ba |
7gydF4y2Ba | 25gydF4y2Ba | 91.1gydF4y2Ba |
| 多个特性和随机森林gydF4y2Ba |
18gydF4y2Ba | 26gydF4y2Ba | 90.4gydF4y2Ba |
实验硬件环境和操作系统如表所示gydF4y2Ba
实验的硬件环境和操作系统。gydF4y2Ba
| 环境参数gydF4y2Ba | 环境参数值gydF4y2Ba |
|---|---|
| 计算机模型gydF4y2Ba | 联想gydF4y2Ba |
| CPUgydF4y2Ba | 8750 HgydF4y2Ba |
| 内存容量gydF4y2Ba | 6 GBgydF4y2Ba |
| 硬盘容量gydF4y2Ba | 512 GB + 2 TBgydF4y2Ba |
| 核心/线程数gydF4y2Ba | 6芯/ 12线程gydF4y2Ba |
| 操作系统gydF4y2Ba | Windows 10gydF4y2Ba |
在训练阶段的行动模型中,我们首先将序列子集中的操作行为的序列行为的框架表示。总共15个部门执行,15个实验设置。每个实验集包含一个训练集和测试集,然后对每个实验设置,操作实例是分段的行动序列训练集,构造概率模型字典的操作实例,然后,训练集的行动序列重新扫描,提取每一帧数据的概率模型使用概率模型字典。最后,我们使用概率特性向量训练我们的行动模式。在网络测试阶段,对于每个实验设置,我们首先使用概率模型字典建立在训练集的概率特征向量提取测试集的操作序列。然后,概率特征向量输入到训练行动模型,并通过比较获得的测试结果数据库。最后,测试结果的均值和方差的15个实验集作为最终结果。gydF4y2Ba
在学习和培训的阶段。为了验证结果异常行为的模糊神经网络,打开表示方法用于图像特征表示。最小距离是用来计算距离,时刻和最小标准差作为输入量。网络的分类算法如下。关节角特征向量的分析角度和骨骼点的空间位置信息传输仿真系统根据预定义的交互手势动作,从而完成与虚拟仿真作战系统的交互。为了验证交互系统的有效性,很难获得完整的人体信息和人体形状的多样性由于限制的运动人体检测和提取技术。因此,很难完全提取内接矩形。在某些情况下,提取的理想内接矩形可能仍然陷入明显的地方特色。所以在实践中,确定一个矩形区域通常不是一个问题,找到一个最优解,但寻找一个理想的解决方案。获得的结果在正常情况下是主干。 Figure
不同的行为动作。gydF4y2Ba
在实际应用程序中,人体运动识别延迟是非常重要的。通常,如果不显示识别结果1 - 2秒钟后,它会严重影响用户的体验。识别操作简单的动作中包含的数据集,和大部分的动作实例仅在35帧。因此,我们采取行动的结束帧实例和34帧之前,作为一个行动。gydF4y2Ba
当运动物体检测检测到一个移动物体,因为影子是不同于背景和相同的运动属性移动物体,影子也会检测到前台一起移动的对象,这意味着两个主要缺点。首先,物体的形状改变的阴影和shape-based功能将受到影响。缺点是两个或两个以上的物体产生的阴影可能会错误地认为是连接不同的对象,他们会发现为对象,这将产生负面影响在随后的应用,如目标跟踪和对象计数,导致更高的错误率的智能监控系统和系统的整体性能的下降。因此,为了正确分析移动对象,我们必须解决阴影的影响。确定重叠程度的窗户,我们要考虑过渡行为识别的准确性的影响,认识到人类行为。过渡行为指的是过渡状态,不同于任意行为改变的过程中从一个到另一个行为。有必要减少过渡的干涉行为数据分割,所以windows的重叠度设置为50%,和图像的阴影。由此产生的图像显示在图gydF4y2Ba
图像的后处理。gydF4y2Ba
从图可以看出,以下各关节的运动模型链的人体关节运动的要求,还和过滤方法采用稳定以下运动和满足需求的虚拟人类骨骼驱动交互的虚拟仿真。gydF4y2Ba
然后,人类行为是随机选择从每个25相邻的行动和放入测试集,和其他人类活动投入训练集。这将确保类分布的训练集与测试集的一致。训练模型迭代100次训练集的行动。每次迭代都将随机排列训练集的数据。结果如图gydF4y2Ba
迭代次数的变化曲线。gydF4y2Ba
分类精度的曲线与迭代次数。gydF4y2Ba
从数据gydF4y2Ba
为了获得实验动作模糊控制的结果,实验结果子集的行动指导形式获得的模糊控制图所示gydF4y2Ba
子集为模糊控制的行动指南。gydF4y2Ba
从结果我们可以看到在图gydF4y2Ba
高涨的一个新的研究领域出现了人类运动识别。运动模糊识别使人体运动识别到一个新的高度。可以预测,随着研究的深入,人体运动识别不仅是研究课题也是一种新技术,以促进我们的日常生活中。本文的主要研究内容是基于模糊理论的人类行为识别。鉴于大多数人类行为识别系统使用加速度传感器为主要数据来源,改善人类行为识别的准确性的可行性研究深度。本研究的主要方面包括以下:gydF4y2Ba
它介绍了人类运动特征提取方法和提出了简单和复杂运动不同的识别方法。骨骼关节的变化特点,指出基于模糊理论被认为是人类运动的动态特性。简单的动作识别通过接合点的空间坐标信息,而复杂的行为是被使用正则化算法。也就是说,根据关节角的变化,使用模板匹配方法找到最高的行动模板相似。同时,动态时间规整算法的缺点指出。考虑到边坡和失真阈值,算法优化。实验结果表明,优化后动作识别的准确性高于传统算法gydF4y2Ba
动态操作过程分为基于动作元素,和每个动作的时间限制元素在操作过程中根据预定时间标准法进行了分析。时间约束和重量限制的动作元素作为耦合系数,独立操纵过程耦合、动作元素和耦合多作用复合组作为操作过程的描述矩阵实现操作过程。有一个数字的描述。在本部分中,提出了动作元素的概念来描述复杂的动态过程与可衡量的行动元素可用于定量分析的因素。的定量研究提供了一个新的解决方案等复杂的非线性系统。gydF4y2Ba
behavior-solving算法基于模糊理论提出了。为了测试该功能组基于方位信息是否可以改善人类行为识别系统的性能,有必要获得准确的方位角度的不同的行为。方位角的准确性是成功地提高了模糊算法,它提供了一个保证获得准确的方位特征在未来。gydF4y2Ba
考虑到物理实现的步态事件信息监测参与本文算法相对复杂,运动模式识别方法还没有实现在实际的传感器系统,所以目前只使用收集的数据传感器系统进行相关的模拟人类步态识别的研究活动和运动模式。在未来,我们可以考虑使用分类器包括支持向量机和神经网络研究识别效果和实现这些算法在实际硬件系统来评估算法的优点和缺点。由于实验条件和时间的限制,本文只分析和讨论的四个常见的运动模式的识别一个人在正常走路,跑步,爬楼梯,下楼梯。识别的运动模式如上坡、下坡,将和跳跃,识别多个实验的运动模式,还需要更多的实验数据。gydF4y2Ba
没有数据被用来支持本研究。gydF4y2Ba
作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。gydF4y2Ba
这项工作是研究生科研基金支持的云南省级教育部门(2021 y070)。gydF4y2Ba