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专利号: 2015107760490
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于穿戴设备的儿童姿态识别分析系统,其特征在于:所述系统包括特征提取模块、特征匹配模块和匹配后处理模块;

特征提取模块:是针对佩戴者进行几种基本运动姿态进行数据采集,根据人体运动学模型,对采集数据进行分析,提取佩戴者的不同动作姿态的不同个性特征,并将与各个动作姿态相对应的个性特征存储入数据库,供后面特征匹配模块进行匹配使用;

特征匹配模块:即运动姿态的特征匹配,是对运动状态的实时监听,对运动中的数据进行分段分析,对每一段的数据进行特征匹配,然后根据匹配结果进行匹配后处理;

匹配后处理模块:匹配后处理,是针对特征匹配成功和不成功两个方向;

设定一个稳定值标志lag,lag=i,表示匹配成功,其中i={1,2,3…}对应几组基本运动姿态;lag=0,表示匹配失败,并将当前标志lag存入定长数组队列q,用于稳定性判断;

当特征匹配中2个步骤都匹配到存在的运动特征,且队列q=[..,lagi,.],在q中lag相同的值n达到设定的稳定标准界值即n>N1,则认定状态稳定,并继续移动时间窗口继续监听,若达不到稳定标准界值,但达到动作匹配成功界值N2即N1>n>N2则认定不稳定状态,发出提醒警报;

当n

特征提取模块的实现过程包括:

1)、首先进行数据采集,在佩戴者处于稳定的基本动作活动下,读取一段时间的数据e={e1,e2,…ei,…en};其中ei={i,ai},ai是数据的真实大小;

2)、将采集的数据进行周期性划分;

当佩戴者处于静止时,加速度大小不变,为0,处于不同运动状态,大小也会在不同大小段浮动,将收集到的数据根据vi大小,将其分配到不同的段:{0-1}:{…ei…};{1-2}:{…ej…};…{max}:{…ek…};{min}:{…em…},其中ai∈(0,1),aj∈(1,2),ak∈{ak|ak>max};an∈{an|an

对于周期性的确定,通过最值进行确定,属于{max}区域的数据都是在不同周期的最值,将相邻的差值就能得到周期Ti,将得到的每个相邻周期取均值 其中n表示此段数据包含的周期段数;

令 即为当前运动状态的周期性特征。

2.根据权利要求1所述的一种基于穿戴设备的儿童姿态识别分析系统,其特征在于,所述特征提取模块包括:对一种运动姿态的数据,以运动周期性原理找到每一个迈步周期,并对每一个周期内的阶段进行抬脚、落脚和平稳阶段的分割,在抬脚和落脚受力较大的动作中,求每一个周期的大小平均值,作为特征。

3.根据权利要求1所述的一种基于穿戴设备的儿童姿态识别分析系统,其特征在于,所述特征匹配模块包括:在实际的运动中,动作不会像特征提取时动作规范规律,采用滑动窗口的方式进行姿态周期判别和特征匹配;设定2个滑动窗口t1和t2,每个窗口时间为2个基本动作的最长周期Tmax,即t=2Tmax,在每一个时间窗口内,分两步进行特征匹配,即:

1)周期性匹配;周期性的特征能够体现一个人的运动频率特征,进行周期性特征匹配,先确定可能进行的某种活动或某几种活动;

e={e1,e2,…ei,…en}是一个时间窗口内的加速度数据其中ei={i,ai};如果存在周期性动作,在一个周期内将会出现抬脚落脚和平稳阶段的连续数据,vi=ai+1-ai显示加速度的变化趋势,判断出是否体现人体抬脚、落脚和平稳3个阶段的特征,再运用模块1.中提取周期特征T的方法提取此时间窗口t的周期值T,将T与运动特征的Tx比较,当T>Tx说明正在进行较缓慢的运动,当T

2)通过周期特征T的筛选,确定可能的几组运动姿态,继续进行加速度数据的阈值特征比对,取抬脚和落脚阶段受力情况较大阶段,计算此时间窗口的aup,adown特征,去匹配基本运动姿态的特征,进一步精确确定运动姿态;

通过两个步骤的匹配和排除,能够准确的匹配佩戴者进行的动作姿态;

周期性特征的比对,得到佩戴者双脚迈动频率,初步判定佩戴者可能进行的动作姿态,加速度阈值大小特征比对,进一步判定佩戴者的动作,若匹配成功则时间窗口后移,继续进行监听,当匹配不成功,进入下一步,根据不同情况发出警报;

3)对每一个周期内的抬脚和落脚阶段的划分,并计算此周期内两个阶段的加速度大小均值;

结合抬脚和落脚阶段的受力分析,加速度存方向上的变动,表现为大小的变化,在一个迈步周期Ti内,计算抬脚阶段内的 和 然后求所有周期的 其中此处求得令 即为属于当前运动状态加速度阈值大小特征;

4)对每一组基本动作周期性特征 和加速度阈值特征 进行存储,Map

value>,其中key代表不同的运动姿态,value={T,aup,adown}为对应状态的特征值;

日常的人体活动可以几种基本运动姿态组合而成,在此,在相邻的运动模式间特征表现不会太明显,即快走和小跑,这样,就限定特征的界限,划分特征区域,来区分运动姿态;

当周期T大于这样一个阈值Tx即T>Tx时、加速度大小均值 小于这样一个阈值ax即 时,就认定为走路姿态,相反为跑步姿态;同样,对跑步姿态做一个上限限定,在上限和下限之间的为跑步姿态,当超出上限阈值,进行匹配异常处理。