一種姿態(tài)識別裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種姿態(tài)識別裝置及方法，能夠提高姿態(tài)識別精度。所述裝置包括：多個測試節(jié)點(diǎn)和一個主控節(jié)點(diǎn)；其中，每個測試節(jié)點(diǎn)，用于獲取相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并將所述狀態(tài)信息發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)；所述主控節(jié)點(diǎn)，用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值，還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練；其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。本發(fā)明適用于姿態(tài)識別技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種姿態(tài)識別裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及姿態(tài)識別技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種姿態(tài)識別裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]姿態(tài)識別是目前最具潛力的研究領(lǐng)域之一，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們生活的多個方面，例如，體感游戲，應(yīng)急救援，老人摔倒檢測及智能家具檢測等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，主流的姿態(tài)識別方法包括:計(jì)算機(jī)視覺、無線射頻相機(jī)等。其中，基于計(jì)算機(jī)視覺的姿態(tài)識別方法需要提前部署相機(jī)，不能滿足緊急救援等場景;此外，相機(jī)捕捉的大規(guī)模的圖像信息和復(fù)雜算法在實(shí)際應(yīng)用中很難滿足實(shí)時性的要求?；跓o線射頻的姿態(tài)識別是通過接收信號的強(qiáng)度計(jì)算距離，但是容易受多徑效應(yīng)和其他信號的影響，識別精度有限。且基于計(jì)算機(jī)視覺的姿態(tài)識別方法或基于無線射頻的姿態(tài)識別方法都將每個狀態(tài)看成是獨(dú)立的，不考慮前后狀態(tài)之間的聯(lián)系，因此識別出的狀態(tài)可能存在一些不合理情況，例如，人在上一個狀態(tài)是躺著的時候當(dāng)前狀態(tài)是直接變?yōu)榕懿健⑸舷聵腔蛘叱俗娞莸臓顟B(tài)是不合理的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種姿態(tài)識別裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的姿態(tài)識別方法考慮前后狀態(tài)之間的聯(lián)系，導(dǎo)致識別結(jié)果可信度低的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種姿態(tài)識別裝置，包括:多個測試節(jié)點(diǎn)和一個主控節(jié)點(diǎn)；
[0006]其中，每個測試節(jié)點(diǎn)，用于獲取相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并將所述狀態(tài)信息發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)；
[0007]所述主控節(jié)點(diǎn)，用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值，還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0008]其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。
[0009]進(jìn)一步地，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個，分別固定在人體的肩部、腰部、膝部、腳部及手部；
[0010]每個測試節(jié)點(diǎn)包括:慣性傳感器、磁力傳感器、氣壓傳感器、存儲模塊、第一主控模塊、第一無線通訊模塊及第一復(fù)位按鍵；
[0011 ]所述慣性傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸加速度值、三軸陀螺儀值；
[0012]所述磁力傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸磁力計(jì)值；
[0013]所述氣壓傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的氣壓值;當(dāng)以腳部測試節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)時，還用于獲取肩部、腰部、膝部及手部與腳部的相對氣壓差；
[0014]所述存儲模塊，用于存儲獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差；
[0015]所述第一主控模塊，用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過所述第一無線通訊模塊同步發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)；
[0016]所述第一復(fù)位按鍵，用于重置所述第一復(fù)位按鍵對應(yīng)的測試節(jié)點(diǎn)。
[0017]進(jìn)一步地，所述第一主控模塊，具體用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行平滑處理，并根據(jù)平滑處理后的三軸加速度值、三軸陀螺儀值及三軸磁力計(jì)值得到所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力值的矢量和，同時對平滑處理后的氣壓值進(jìn)行校正。
[0018]進(jìn)一步地，所述主控節(jié)點(diǎn)包括:第二無線通訊模塊、第二主控模塊及第二復(fù)位按鍵;
[0019]所述第二復(fù)位按鍵，用于將與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的所有測試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位；
[0020]所述第二主控模塊，用于通過所述第二無線通訊模塊同步接收所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練;還用于發(fā)送開始同步指令同時啟動所述主控節(jié)點(diǎn)及與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的每個測試節(jié)點(diǎn)。
[0021]進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;其中，所述狀態(tài)特征值包括:均值、方差、過均值率、四分位差、峰峰值、中位數(shù)、擬合直線斜率、均方根、同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差及不同氣壓傳感器之間的氣壓差；
[0022]所述同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差表示人體同一部位在預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的垂直高度變化量;所述不同氣壓傳感器之間的氣壓差表示人體不同部位在同一時刻的垂直高度變化量。
[0023]進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)人體在運(yùn)動過程中，不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，依據(jù)建立的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)與前一狀態(tài)及下一個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
[0024]進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)不同狀態(tài)的運(yùn)動屬性建立狀態(tài)分類決策樹;其中，所述運(yùn)動屬性包括:運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度中的一種或多種。
[0025]進(jìn)一步地，所述姿態(tài)識別包含:識別人體趟、站、走、跑、走樓梯上樓和下樓、乘坐電梯上樓和下樓以及不同姿態(tài)間轉(zhuǎn)換的中間過程。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種姿態(tài)識別方法，包括:
[0027]通過多個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息；
[0028]通過主控節(jié)點(diǎn)根據(jù)獲取的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值；
[0029]建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系；
[0030]通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。
[0031 ]進(jìn)一步地，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個；
[0032]所述通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練之后，還包括:
[0033]當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，將5個測試節(jié)點(diǎn)分別固定在新待測者的肩部、腰部、膝部、腳部及手部；
[0034]通過所述5個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息；
[0035]將獲取到的所述狀態(tài)信息輸入到訓(xùn)練后的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，由所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型識別新待測者的姿態(tài)。
[0036]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0037]上述方案中，通過每個測試節(jié)點(diǎn)獲取人體相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并由所述主控節(jié)點(diǎn)建立狀態(tài)分類決策樹及表示當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，最后，通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。這樣，當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，可以通過訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型對新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別，訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型考慮了人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，排除了不合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，從而能夠提尚姿態(tài)識別精度。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的姿態(tài)識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的姿態(tài)識別裝置的固定位置示意圖；
[0040]圖3為圖1中測試節(jié)點(diǎn)11的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖4為圖1中主控節(jié)點(diǎn)12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的姿態(tài)識別裝置的工作流程示意圖；
[0043]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0044]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移為二階狀態(tài)的轉(zhuǎn)移過程示意圖；
[0045]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的狀態(tài)分類決策樹示意圖；
[0046]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的姿態(tài)示意圖；
[0047]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的姿態(tài)識別方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0049]本發(fā)明針對現(xiàn)有的姿態(tài)識別方法沒有考慮前后狀態(tài)之間的聯(lián)系，導(dǎo)致識別結(jié)果可信度低的問題，提供一種姿態(tài)識別裝置及方法。
[0050]實(shí)施例一
[0051]參看圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種姿態(tài)識別裝置，包括:多個測試節(jié)點(diǎn)11和一個主控節(jié)點(diǎn)12;
[0052]其中，每個測試節(jié)點(diǎn)11，用于獲取相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并將所述狀態(tài)信息發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)；
[0053]所述主控節(jié)點(diǎn)12，用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)11發(fā)送的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值，還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0054]其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。
[0055]本發(fā)明實(shí)施例所述的姿態(tài)識別裝置，通過每個測試節(jié)點(diǎn)獲取人體相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并由所述主控節(jié)點(diǎn)建立狀態(tài)分類決策樹及表示當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，最后，通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。這樣，當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，可以通過訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型對新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別，訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型考慮了人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，排除了不合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，從而能夠提高姿態(tài)識別精度。
[0056]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述姿態(tài)識別裝置為可佩戴裝置，不需要提前部署，成本和能耗低。為了訓(xùn)練所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，可以將所述姿態(tài)識別裝置包含的多個測試節(jié)點(diǎn)和一個主控節(jié)點(diǎn)預(yù)先固定在測試者的預(yù)定部位，并通過固定在測試者預(yù)定部位處的測試節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息作為訓(xùn)練樣本，用于訓(xùn)練狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型。
[0057]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個，分別固定在人體的肩部、腰部、膝部、腳部及手部；
[0058]每個測試節(jié)點(diǎn)包括:慣性傳感器、磁力傳感器、氣壓傳感器、存儲模塊、第一主控模塊、第一無線通訊模塊及第一復(fù)位按鍵；
[0059]所述慣性傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸加速度值、三軸陀螺儀值；
[0060]所述磁力傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸磁力計(jì)值；
[0061]所述氣壓傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的氣壓值;當(dāng)以腳部測試節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)時，還用于獲取肩部、腰部、膝部及手部與腳部的相對氣壓差；
[0062]所述存儲模塊，用于存儲獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差；
[0063]所述第一主控模塊，用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過所述第一無線通訊模塊同步發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)；
[0064]所述第一復(fù)位按鍵，用于重置所述第一復(fù)位按鍵對應(yīng)的測試節(jié)點(diǎn)。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例中，所述姿態(tài)識別裝置包括多個相同的測試節(jié)點(diǎn)和一個主控節(jié)點(diǎn)，其中，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個，用于獲取人體相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并將獲取的所述狀態(tài)信息發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)。其中，所述5個測試節(jié)點(diǎn)可以分別固定在測試者的肩部、腰部、膝部、腳部及手部;每個測試節(jié)點(diǎn)可以通過定時器每隔預(yù)定時間測量一組狀態(tài)信息，其中，每組狀態(tài)信息包括:各測量部位(例如，肩部、腰部、膝部、腳部及手部)的三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差;所述主控節(jié)點(diǎn)可以固定在測試者的預(yù)定部位，例如，肩部、腰部、膝部、腳部或手部等部位，如圖2所示。
[0066]本發(fā)明實(shí)施例中，每個測試節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)相同。如圖3所示，每個測試節(jié)點(diǎn)可以包括:MPU60 50慣性傳感器、HM588 3磁力傳感器、MS5611氣壓傳感器、微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)主控模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、復(fù)位按鍵、發(fā)光二極管(LightEmitting D1de，LED)指示燈、電源管理模塊、超寬帶(Ultra Wideband，UWB)射頻通訊模塊和天線;其中，所述MPU6050慣性傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸加速度值、三軸陀螺儀值;所述HM5883磁力傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸磁力計(jì)值;所述MS5611氣壓傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的氣壓值；當(dāng)以腳部測試節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)時，所述MS5611氣壓傳感器，還用于獲取肩部、腰部、膝部及手部與腳部的相對氣壓差;所述數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差;所述MCU主控模塊，用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過所述UWB射頻通訊模塊和天線同步發(fā)送至主控節(jié)點(diǎn);所述MCU主控模塊，還用于與其他模塊進(jìn)行通信;所述復(fù)位按鍵，用于重置所述復(fù)位按鍵對應(yīng)的測試節(jié)點(diǎn);所述電源管理模塊，用于為其他模塊提供穩(wěn)定電壓;所述LED指示燈，用于信號指示，例如，指示所述測試節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)是否為工作狀態(tài)。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例中，MPU6050、HM5883及MS5611為傳感器的型號。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例中，由所述MCU主控模塊對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行預(yù)處理具體包括:
[0069]對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行平滑處理，并根據(jù)平滑處理后的三軸加速度值、三軸陀螺儀值及三軸磁力計(jì)值得到所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力值的矢量和，同時對平滑處理后的氣壓值進(jìn)行校正。
[0070]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述主控節(jié)點(diǎn)包括:第二無線通訊模塊、第二主控模塊及第二復(fù)位按鍵；
[0071]所述第二復(fù)位按鍵，用于將與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的所有測試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位；
[0072]所述第二主控模塊，用于通過所述第二無線通訊模塊同步接收所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練;還用于發(fā)送開始同步指令同時啟動所述主控節(jié)點(diǎn)及與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的每個測試節(jié)點(diǎn)。
[0073]本發(fā)明實(shí)施例中，如圖4所示，所述主控節(jié)點(diǎn)包括:MCU主控模塊、復(fù)位按鍵、數(shù)據(jù)存儲模塊、LED指示燈、電源管理模塊、UWB射頻通訊模塊和天線;其中，所述M⑶主控模塊，用于通過所述UWB射頻通訊模塊和天線同步接收所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值，其中，所述狀態(tài)特征值用于訓(xùn)練所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型;所述MCU主控模塊，還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練，如圖5所示。
[0074]本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控節(jié)點(diǎn)的所述MCU主控模塊，還用于發(fā)送開始同步指令同時啟動所述主控節(jié)點(diǎn)及與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的每個測試節(jié)點(diǎn);所述主控節(jié)點(diǎn)的所述復(fù)位按鍵，用于當(dāng)用戶按下所述復(fù)位按鍵時，與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的5個測試節(jié)點(diǎn)被同時復(fù)位，也就是說，5個測試節(jié)點(diǎn)中存儲的狀態(tài)信息會被同時清除。
[0075]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;其中，所述狀態(tài)特征值包括:均值、方差、過均值率、四分位差、峰峰值、中位數(shù)、擬合直線斜率、均方根、同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差及不同氣壓傳感器之間的氣壓差；
[0076]所述同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差表示人體同一部位在預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的垂直高度變化量;所述不同氣壓傳感器之間的氣壓差表示人體不同部位在同一時刻的垂直高度變化量。
[0077]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)人體在運(yùn)動過程中，不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，依據(jù)建立的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)與前一狀態(tài)及下一個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
[0078]本發(fā)明實(shí)施例中，通過日常行為的分析可以知道并不是所有的狀態(tài)都可以直接相互轉(zhuǎn)換的，例如，圖6中所示乘坐電梯上下樓就無法直接轉(zhuǎn)化為樓梯上下樓。
[0079]本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)人體在運(yùn)動過程中，不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖6所示，所述一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以判斷不同狀態(tài)之間能否進(jìn)行轉(zhuǎn)移，因此，也可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣表示不同狀態(tài)之間能否進(jìn)行轉(zhuǎn)移，例如，能轉(zhuǎn)移的狀態(tài)對應(yīng)位賦值為I，不能轉(zhuǎn)移的狀態(tài)對應(yīng)位賦值為O，從而排除不合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系。
[0080]本發(fā)明實(shí)施例中，考慮到人體運(yùn)動過程中，每個姿態(tài)都會持續(xù)一定的時間因此當(dāng)前狀態(tài)會受前一狀態(tài)的影響的同時還會影響下一個狀態(tài)，因此還需建立二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。具體的，依據(jù)建立的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)與前一狀態(tài)及下一個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。本發(fā)明實(shí)施例中，如圖7所示只演示部分一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移為二階狀態(tài)的過程，圖7中左側(cè)為部分一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移包含有走和跑兩個狀態(tài)。右側(cè)為二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移，圓圈代表連個相同狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移，正方形代表兩個不同狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移，兩個形狀間箭頭則是三個時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，兩個形狀間要能轉(zhuǎn)移必須滿足前一個形狀的后一個狀態(tài)要與后一個形狀的前一狀態(tài)相同，以此類推可以得出完整的二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。這樣，所述二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖包含了當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，排除了不合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系。
[0081]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)不同狀態(tài)的運(yùn)動屬性建立狀態(tài)分類決策樹，如圖8所示;其中，所述運(yùn)動屬性包括:運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度中的一種或多種。
[0082]本發(fā)明實(shí)施例中，由建立的所述狀態(tài)分類決策樹和包含了當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系的所述二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖形成所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，并對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練，并利用訓(xùn)練后的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行姿態(tài)識別，能夠提高姿態(tài)識別的精度。
[0083]在前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述姿態(tài)識別包含:識別人體趟、站、走、跑、走樓梯上樓和下樓、乘坐電梯上樓和下樓以及不同姿態(tài)間轉(zhuǎn)換的中間過程，如圖9所示。
[0084]實(shí)施例二
[0085]本發(fā)明還提供一種姿態(tài)識別方法的【具體實(shí)施方式】，由于本發(fā)明提供的姿態(tài)識別方法與前述姿態(tài)識別裝置的【具體實(shí)施方式】相對應(yīng)，該姿態(tài)識別方法可以通過執(zhí)行上述方法【具體實(shí)施方式】中的流程步驟來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，因此上述姿態(tài)識別裝置【具體實(shí)施方式】中的解釋說明，也適用于本發(fā)明提供的姿態(tài)識別方法的【具體實(shí)施方式】，在本發(fā)明以下的【具體實(shí)施方式】中將不再贅述。
[0086]參看圖10所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種姿態(tài)識別方法，包括:
[0087]步驟101:通過多個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息；
[0088]步驟102:通過主控節(jié)點(diǎn)根據(jù)獲取的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值；
[0089]步驟103:建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系；
[0090]步驟104:通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。
[0091]本發(fā)明實(shí)施例所述的姿態(tài)識別方法，通過多個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并由所述主控節(jié)點(diǎn)建立狀態(tài)分類決策樹及表示當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，最后，通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。這樣，當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，可以通過訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型對新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別，訓(xùn)練后的構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型考慮了人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，排除了不合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，從而能夠提高姿態(tài)識別精度。
[0092]在前述姿態(tài)識別方法的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步地，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個；
[0093]所述通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練之后，還包括:
[0094]當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，將5個測試節(jié)點(diǎn)分別固定在新待測者的肩部、腰部、膝部、腳部及手部；
[0095]通過所述5個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息；
[0096]將獲取到的所述狀態(tài)信息輸入到訓(xùn)練后的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，由所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型識別新待測者的姿態(tài)。
[0097]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種姿態(tài)識別裝置，其特征在于，包括:多個測試節(jié)點(diǎn)和一個主控節(jié)點(diǎn)； 其中，每個測試節(jié)點(diǎn)，用于獲取相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息，并將所述狀態(tài)信息發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)； 所述主控節(jié)點(diǎn)，用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值，還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練； 其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個，分別固定在人體的肩部、腰部、膝部、腳部及手部； 每個測試節(jié)點(diǎn)包括:慣性傳感器、磁力傳感器、氣壓傳感器、存儲模塊、第一主控模塊、第一無線通訊模塊及第一復(fù)位按鍵； 所述慣性傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸加速度值、三軸陀螺儀值； 所述磁力傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的三軸磁力計(jì)值； 所述氣壓傳感器，用于獲取相應(yīng)測量部位的氣壓值；當(dāng)以腳部測試節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)時，還用于獲取肩部、腰部、膝部及手部與腳部的相對氣壓差； 所述存儲模塊，用于存儲獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差； 所述第一主控模塊，用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過所述第一無線通訊模塊同步發(fā)送至所述主控節(jié)點(diǎn)； 所述第一復(fù)位按鍵，用于重置所述第一復(fù)位按鍵對應(yīng)的測試節(jié)點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述第一主控模塊，具體用于對獲取的所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力計(jì)值、氣壓值及相對氣壓差進(jìn)行平滑處理，并根據(jù)平滑處理后的三軸加速度值、三軸陀螺儀值及三軸磁力計(jì)值得到所述三軸加速度值、三軸陀螺儀值、三軸磁力值的矢量和，同時對平滑處理后的氣壓值進(jìn)行校正。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述主控節(jié)點(diǎn)包括:第二無線通訊模塊、第二主控模塊及第二復(fù)位按鍵； 所述第二復(fù)位按鍵，用于將與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的所有測試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位； 所述第二主控模塊，用于通過所述第二無線通訊模塊同步接收所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息，并根據(jù)所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;還用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，且通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練;還用于發(fā)送開始同步指令同時啟動所述主控節(jié)點(diǎn)及與所述主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接的每個測試節(jié)點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)接收的所述每個測試節(jié)點(diǎn)發(fā)來的預(yù)處理后的狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值;其中，所述狀態(tài)特征值包括:均值、方差、過均值率、四分位差、峰峰值、中位數(shù)、擬合直線斜率、均方根、同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差及不同氣壓傳感器之間的氣壓差； 所述同一氣壓傳感器不同時間的氣壓差表示人體同一部位在預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的垂直高度變化量;所述不同氣壓傳感器之間的氣壓差表示人體不同部位在同一時刻的垂直高度變化量。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)人體在運(yùn)動過程中，不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，依據(jù)建立的一階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)與前一狀態(tài)及下一個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系建立二階狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述第二主控模塊，具體用于根據(jù)不同狀態(tài)的運(yùn)動屬性建立狀態(tài)分類決策樹;其中，所述運(yùn)動屬性包括:運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度中的一種或多種。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的姿態(tài)識別裝置，其特征在于，所述姿態(tài)識別包含:識別人體趟、站、走、跑、走樓梯上樓和下樓、乘坐電梯上樓和下樓以及不同姿態(tài)間轉(zhuǎn)換的中間過程。9.一種姿態(tài)識別方法，其特征在于，包括: 通過多個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息； 通過主控節(jié)點(diǎn)根據(jù)獲取的所述狀態(tài)信息提取狀態(tài)特征值； 建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)分類決策樹，并根據(jù)建立的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與所述狀態(tài)分類決策樹構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，其中，所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示人體在運(yùn)動過程中，當(dāng)前狀態(tài)與前后狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系； 通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的姿態(tài)識別方法，其特征在于，所述測試節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為5個；所述通過提取的所述狀態(tài)特征值對所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練之后，還包括:當(dāng)有新待測者進(jìn)行姿態(tài)識別時，將5個測試節(jié)點(diǎn)分別固定在新待測者的肩部、腰部、膝部、腳部及手部； 通過所述5個測試節(jié)點(diǎn)獲取每個測試節(jié)點(diǎn)相應(yīng)測量部位的狀態(tài)信息； 將獲取到的所述狀態(tài)信息輸入到訓(xùn)練后的所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型，由所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移決策樹模型識別新待測者的姿態(tài)。
【文檔編號】A61B5/11GK105997094SQ201610300730
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】蔡海飄, 何杰, 徐誠
【申請人】北京科技大學(xué)