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专利号: 2022103636761
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于CSI的增量学习人体动作识别方法,其特征是按如下步骤进行:步骤1、选定布局不同的M+1个室内场景分别记为(C0,C1,...,CM),其中,C0为旧场景,(C1,...,Ci,...,CM)为新场景;Ci表示第i个新场景;M表示场景数;

在M+1个室内场景中分别部署一对WIFI收发设备,其中,使用路由器作为WIFI信号的发送设备,记为AP,使用无线网卡作为接收设备,记为RP,且路由器AP和无线网卡RP的间隔距离为l;

步骤2、在时间周期T内,分别在任一室内场景的采集点上做第s类动作,并使用所述接收设备RP以采样速率v连续采集所述发送设备AP发送的c个信道上的w个子载波信号,从而构成维度为c×w×T的三维CSI矩阵并分别作为相应室内场景中的一个动作样本,将所述三维CSI矩阵的每个元素与其对应的采集时刻相加,从而得到第s类动作的一个输入样本,以同一室内场景中第s类动作的n个输入样本构成对应室内场景中第s类动作的样本集Xs;

步骤3、按照步骤2的过程得到第i个新场景中的ti类动作样本集,并将M个新场景中所有动作的样本集按顺序排列为样本序列,其中,第i个新场景中的动作样本集在所述样本序列中对应的动作类别为ti‑1+1~ti类动作;

按照步骤2的过程得到旧场景中的动作样本集;

步骤3、数据增强;

步骤3.1、基于所述样本序列中第s类动作样本集Xs的输入样本xs,a和xs,b,利用式(1)得到伪输入样本xs,c,并加入第s类动作样本集Xs中,从而得到第s类动作的新样本集X′s;

xs,c=ωxs,a+(1‑ω)xs,b+n     (1)式(1)中,ω表示随机权重,且ω∈(0,1),n表示高斯噪声;

步骤4、构建增量学习网络模型,包括:特征提取器模块和最近邻分类器模块;

步骤4.1、所述特征提取器模块使用e个卷积单元和一个平均池化层;所述卷积单元由卷积层、批归一化层、relu激活函数层依次构成;

所述最近邻分类器模块使用激活函数为sigmoid的全连接层;

步骤4.2、第s类动作的新样本集X′s输入所述特征提取器模块中,并依次经过e个卷积单元和一个平均池化层的处理后,输出特征矩阵Fs={fs,1,...,fs,j,...,fs,n},其中,fs,j表示第s类动作的新样本集X′s中第j个样本的特征向量;

第s类动作的新样本集X′s中第j个样本的特征向量fs,j经过最近邻分类器模块的处理后,输出向量 其中, 表示将第s类动作的新样本集X′s中第j个样本识别为第y类动作的概率值;

步骤4.3、初始化i=1,基于旧场景C0中的动作样本集,初始化所述增量学习网络模型的网络参数θ,并得到预训练模型Modeli‑1;

将第i个新场景中的动作样本集的动作种类序号记为(ti‑1+1,...,u...ti),则前i‑1个新场景中的动作种类序号记为(1,...,v...,ti‑1),当i=1时,令ti‑1=0;

将第i个新场景中的动作样本集输入增量学习网络模型,并按照步骤4.2的过程进行处理,同时利用式(1)损失函数li(θ)更新网络参数θ,得到前i个新场景(C1,...,Ci)中动作类别的训练模型Modeli;

式(1)中, 为第u类动作的第j个输入样本属于第y类动作的真实概率, 为训练模型Modeli将第u类动作的第j个输入样本识别为第y类动作的概率;

步骤4.4、创建训练模型Modeli对应的内存集Pi;

步骤4.4.1、利用式(2)得到第u类动作的类平均向量μu:式(2)中,xu,j为第u类动作的第j个输入样本,为特征提取器模块训练的特征提取函数;

步骤4.4.2、利用式(3)计算第u类动作的新样本集X′u中第k个最接近类平均向量μu的样本pu,k:式(3)中,pu,j表示第u类动作的新样本集X′u中第j个最接近类平均向量μu的样本;

步骤4.4.3、按照步骤4.4.2的过程选取前mi=K/ti个最接近类平均向量μu的样本依次加入到内存集Pi中,K表示Pi能存储的样本总数量;

步骤4.5、将i+1赋值给i后,执行步骤4.6;

步骤4.6、将第i个新场景中的动作样本集和内存集Pi‑1输入训练模型Modeli‑1中,基于内存集Pi‑1中每个动作样本按照步骤4.2的过程对训练模型Modeli‑1进行训练,并输出特征向量{Q1,1,...,Q1,n...,Qv,j...,Qt,n};其中,Qv,j表示内存集Pi‑1中第v类动作的第j个输入样本的特征向量,且 其中, 表示将第v类动作的第j个输入样本识别为第y类动作的概率值;

基于第i个新场景中的动作样本集和内存集Pi‑1按照步骤4.2的过程对训练模型Modeli‑1进行训练,同时利用式(3)所示的损失函数li(θ)更新网络参数θ,得到前i个新场景(C1,...,Ci)中动作类别的训练模型Modeli;

式(3)中, 为训练模型Modeli将第u类动作的第j个输入样本识别为第y类动作的概率; 为第v类动作的第j个输入样本属于第y类动作的真实概率;

步骤4.7、判断i>M是否成立,若成立,则表示得到用于识别M个新场景动作类别的训练模型并作为最终的人体动作识别模型,否则,返回步骤4.5。