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针对传统方法在人体行为识别方面拓展性不强等问题,提出一种序列化的研究思想,提取骨骼图的特征矢量,用SVM训练和识别静态动作,形成序列即可表示动态动作,因此只要丰富静态动作库,就可以实现多种动态动作的识别,具有很好的拓展性。为了减少静态动作识别错误产生的影响,提出一种基于前后信息的纠错算法。实验表明,该算法具有较高的识别准确率,并且具有很好的鲁棒性和实时性。
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人体行为序列化识别算法研究人体行为序列化识别算法研究
针对传统方法在人体行为识别方面拓展性不强等问题,提出一种序列化的研究思想,提取骨骼图的特征矢量,
用SVM训练和识别静态动作,形成序列即可表示动态动作,因此只要丰富静态动作库,就可以实现多种动态动
作的识别,具有很好的拓展性。为了减少静态动作识别错误产生的影响,提出一种基于前后信息的纠错算法。
实验表明,该算法具有较高的识别准确率,并且具有很好的鲁棒性和实时性。
0 引言引言
随着科学技术的发展,计算机的运算能力大大提升,针对大数据的处理渐渐得以实现。在此基础上发展而来的人体行为姿
态识别
[1]
为人机交互、视频监控和智能家居等方面的应用提供了基础。近些年,研究人员已经在人体行为识别方面做了大量的
研究工作,取得了许多重要的成果,但是对于复杂人体行为的识别准确率较低,仍然有待于提高。
基于视觉的人体行为识别方法
[2]
可以分为两类,一类基于模板匹配
[3]
,一类基于机器学习
[4]
。基于模板匹配的方法通过计算
当前动作与模板库里的模板之间的相似度,把当前模板判定为最相似动作的过程。IBANEZ R和SORIA A等人通过提取人体肢
体行为轨迹,分别用动态时间规整(DTW)和隐马尔科夫(HMM)算法,基于模板匹配进行人体行为识别
[5]
。基于机器学习
的方法通过提取样本特征对样本训练,得到一个分类器,此分类器具有预测未知样本的能力。TRIGUEIROS P和RIBEIRO F
等人就对比了几种机器学习算法在手势识别上的应用
[6]
。但是,这些算法都是为某一具体行为动作所设计,当需要检测额外的
行为动作时,又需要重新设计方案,拓展性较差。
本文使用从Kinect
[7]
采集的骨骼图数据(由MSRC-12 Gesture Dataset数据库
[8]
提供),Kinect提取的骨骼图像能够克服光线强
弱等外界因素带来的干扰,具有较强的鲁棒性;提取骨骼特征,并采用机器学习的算法对静态动作分类,最终形成序列;从序
列中找出需要识别的动作序列的过程即可表示动态动作识别过程,此过程具有很好的实时性和拓展性。
1 基于骨骼图的特征提取基于骨骼图的特征提取
选取既能够充分表示人体某一动作,又不包含过多的冗余信息的人体特征特征提取对行为识别的研究很有价值。根据人体
机械学理论,本文通过提取4个关节点向量、5个关节点角度和4个关节点距离系数表示人体行为姿态。
1.1 关节点向量提取关节点向量提取
如图1所示,4个关节点向量分别是左上臂(V
SL-EL
)、右上臂(V
SR-ER
)、左大腿(V
HL-KL
)和右大腿(V
HR-KR
)。现以左上臂为
例,计算左上臂向量。已知左肩膀(ShoulderLeft)关节点坐标为SL(S
x
,S
y
,S
z
),左手肘(ElbowLeft)关节点坐标为
EL(E
x
,E
y
,E
z
),则左上臂关节点向量计算方法如式(1)所示。其他关节点向量以此类推。
1.2 关节点角度提取关节点角度提取
在原有向量的基础上提取4个关节点角度。联合关节点向量,可以描述人体左小臂、右小臂、左小腿和右小腿的活动状态。
图1中θ
EL
、θ
ER
、θ
KL
和θ
KR
分别表示左肘关节点角度、右肘关节点角度、左膝关节点角度和右膝关节点角度。θ
HC
表示臀部中
心到头部的向量与竖直方向向量之间的夹角,可以表示人体姿态的弯腰程度,描述整体躯干的活动状态。夹角可以通过式(2)
计算获得。
其中V
1
、V
2
分别表示两个关节点向量,θ表示这两个关节点向量的夹角。
1.3 关节点距离系数提取关节点距离系数提取
为了能够让选取特征对上肢手部活动更加敏感,本文加入4个关节点距离系数。图1中,a为臀部中心到头部的关节向量,b
为头部到右手的关节向量,c为头部到左手的关节向量,d为臀部中心到右手的关节向量,e为臀部中心到左手的关节向量。通
过式(3)可以获得头部到左右手的相对距离系数d
1
、d
2
和臀部中心到左右手的相对距离系数d
3
、d
4
。
至此,基于骨骼图的特征可以表示为式(4)所示的特征矩阵,共计4×3+5+4=21维。
2 基于基于SVM的识别算法流程的识别算法流程
2.1 静态动作的静态动作的SVM识别识别
支持向量机
[9]
(Support Vector Machines,SVM)是一种用于分类的算法,它能够在多维空间找出完美划分事物的超平
面。本文使用SVM进行动作分类,以二分类支持向量机为例,已知训练样本集T:
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