一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及腕式設(shè)備及腕勢(shì)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于腕式設(shè)備穿戴者的腕 勢(shì)來(lái)識(shí)別該穿戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)及其識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 腕式設(shè)備在人們生活中已日漸普遍，如腕表、腕環(huán)等，給人們生活帶來(lái)很多方便， 比如腕表可W給人們顯示時(shí)間、腕環(huán)佩戴時(shí)可W起到吸汗的作用，而隨著電子產(chǎn)品的不斷 發(fā)展升級(jí)，在腕式設(shè)備上可W添加各種芯片電路，安裝各種應(yīng)用系統(tǒng)，起到更多的功能，例 如在腕式設(shè)備上安裝定位裝置和信號(hào)發(fā)送裝置，其他人通過(guò)接收器可W接收到定位裝置發(fā) 出的信號(hào)，方便地知道佩戴者的位置，比如說(shuō)為了防止老年人或者兒童外出時(shí)迷路走失，可 W讓他們佩戴，家人通過(guò)接收器可W隨時(shí)知道佩戴者的位置，起到定位作用，但是，對(duì)于佩 戴者發(fā)生的動(dòng)作卻無(wú)法進(jìn)行判斷，比如說(shuō)老年人摔倒時(shí)，普通的腕式設(shè)備無(wú)法分辨出摔倒， 只能發(fā)送佩戴者位置，家人無(wú)法根據(jù)收到的信號(hào)得知，有時(shí)老年人摔的較重，如果不能及時(shí) 發(fā)現(xiàn)，會(huì)有嚴(yán)重后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方 法，其能夠根據(jù)腕式設(shè)備發(fā)出的信號(hào)判斷出佩戴者的動(dòng)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行處理，給生活 帶來(lái)更多方便。
[0004] 其技術(shù)方案是該樣的；一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其包括腕式設(shè)備，其特 征在于，所述腕式設(shè)備內(nèi)安裝加速度傳感器、微控器、網(wǎng)絡(luò)控制器，所述腕式設(shè)備連接存儲(chǔ) 外設(shè)，所述微控器包括采集模塊、訓(xùn)練模塊、識(shí)別模塊，所述加速度傳感器連接采集模塊，所 述采集模塊、存儲(chǔ)外設(shè)均連接訓(xùn)練模塊和識(shí)別模塊，所述識(shí)別模塊連接網(wǎng)絡(luò)控制器。
[0005] 其進(jìn)一步特征在于，所述存儲(chǔ)外設(shè)為SD卡； 所述網(wǎng)絡(luò)控制器包括通信模塊。
[0006] 一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，其包括W下步驟： (1) 采集模塊對(duì)一個(gè)待識(shí)別運(yùn)動(dòng)狀態(tài)腕勢(shì)的加速度進(jìn)行采樣，加速度傳感器將腕勢(shì)的 加速度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出給采集模塊，一次采樣數(shù)據(jù)包括X、y、Z H個(gè)相互垂直方向的加速 度值，采集模塊對(duì)一個(gè)腕勢(shì)的加速度進(jìn)行15次采樣構(gòu)成一組采樣數(shù)據(jù)； (2) 重復(fù)步驟（1)對(duì)該待識(shí)別腕勢(shì)的加速度進(jìn)行多次采樣，得到多組采樣數(shù)據(jù)形成訓(xùn)練 樣本集； (3) 采集模塊將訓(xùn)練樣本集送至訓(xùn)練模塊，在訓(xùn)練模塊中對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行樣本訓(xùn)練 得到訓(xùn)練模型參數(shù)，訓(xùn)練模塊將該訓(xùn)練模型參數(shù)送至存儲(chǔ)外設(shè)； (4) 將存儲(chǔ)外設(shè)內(nèi)的訓(xùn)練模型參數(shù)送至識(shí)別模塊，加速度傳感器將腕勢(shì)的加速度轉(zhuǎn)化 為電信號(hào)輸出給采集模塊，采集模塊內(nèi)設(shè)置長(zhǎng)度為45的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)15次采樣 后的45個(gè)加速度值，當(dāng)緩沖區(qū)存儲(chǔ)滿45個(gè)加速度值后，將該45個(gè)加速度值形成的一個(gè)待 預(yù)測(cè)樣本發(fā)送至識(shí)別模塊； (5) 識(shí)別模塊利用訓(xùn)練模型參數(shù)對(duì)待預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算處理得到待預(yù)測(cè)樣本表達(dá) 的動(dòng)作類(lèi)別，將該動(dòng)作類(lèi)別的信息送至網(wǎng)絡(luò)控制器，由網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送出去； (6) 當(dāng)步驟（4)中緩沖區(qū)存儲(chǔ)滿45個(gè)加速度值后，采集模塊每新采樣一次的3個(gè)加速 度值添加至緩沖區(qū)尾部，同時(shí)刪除緩沖區(qū)頭部的3個(gè)加速度值，每次對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行添加和 刪除操作后，將該緩沖區(qū)的新的測(cè)試樣本發(fā)送至識(shí)別模塊，重復(fù)步驟（5);緩沖區(qū)循環(huán)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)。
[0007] 其進(jìn)一步特征在于，所述采樣頻率為每砂5次； 所述訓(xùn)練模塊中對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行訓(xùn)練的過(guò)程包括：將訓(xùn)練模塊 采集的訓(xùn)練樣本集存放在二維數(shù)組S中，S的每行存放一個(gè)訓(xùn)練樣本， S的行數(shù)為訓(xùn)練樣本數(shù)；首先對(duì)S作PCA降維處理：計(jì)算樣本的平均值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其包括腕式設(shè)備，其特征在于，所述腕式設(shè)備內(nèi) 安裝加速度傳感器、微控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器，所述腕式設(shè)備連接存儲(chǔ)外設(shè)，所述微控器包括 采集模塊、訓(xùn)練模塊、識(shí)別模塊，所述加速度傳感器連接采集模塊，所述采集模塊、存儲(chǔ)外設(shè) 均連接訓(xùn)練模塊和識(shí)別模塊，所述識(shí)別模塊連接網(wǎng)絡(luò)控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ) 外設(shè)為SD卡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò) 控制器包括通信模塊。
4. 一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，其包括以下步驟： (1) 采集模塊對(duì)一個(gè)待識(shí)別腕式設(shè)備穿戴者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的腕勢(shì)的加速度進(jìn)行采樣，加速 度傳感器將腕勢(shì)的加速度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出給采集模塊，一次采樣數(shù)據(jù)包括X、y、z三個(gè)相 互垂直方向的加速度值，采集模塊對(duì)一個(gè)所述腕勢(shì)的加速度進(jìn)行15次采樣構(gòu)成一組采樣 數(shù)據(jù)； (2) 重復(fù)步驟（1)對(duì)該所述腕勢(shì)的加速度進(jìn)行多次采樣，得到多組采樣數(shù)據(jù)形成訓(xùn)練樣 本集； (3) 采集模塊將訓(xùn)練樣本集送至訓(xùn)練模塊，在訓(xùn)練模塊中對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行樣本訓(xùn)練 得到訓(xùn)練模型參數(shù)，訓(xùn)練模塊將該訓(xùn)練模型參數(shù)送至存儲(chǔ)外設(shè)； (4) 將存儲(chǔ)外設(shè)內(nèi)的訓(xùn)練模型參數(shù)送至識(shí)別模塊，加速度傳感器將所述腕勢(shì)的加速度 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出給采集模塊，采集模塊內(nèi)設(shè)置長(zhǎng)度為45的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)15次 采樣后的45個(gè)加速度值，當(dāng)緩沖區(qū)存儲(chǔ)滿45個(gè)加速度值后，將該45個(gè)加速度值形成的一 個(gè)待預(yù)測(cè)樣本發(fā)送至識(shí)別模塊； (5) 識(shí)別模塊利用訓(xùn)練模型參數(shù)對(duì)待預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算處理得到待預(yù)測(cè)樣本表達(dá) 的腕式設(shè)備穿戴者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的類(lèi)別，將該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)類(lèi)別的信息送至網(wǎng)絡(luò)控制器，由網(wǎng)絡(luò)控 制器發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)； (6) 當(dāng)步驟（4)中緩沖區(qū)存儲(chǔ)滿45個(gè)加速度值后，采集模塊每新采樣一次的3個(gè)加速 度值添加至緩沖區(qū)尾部，同時(shí)刪除緩沖區(qū)頭部的3個(gè)加速度值，每次對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行添加和 刪除操作后，將該緩沖區(qū)的新的測(cè)試樣本發(fā)送至識(shí)別模塊，重復(fù)步驟（5);緩沖區(qū)循環(huán)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，所述采樣 頻率為每秒5次。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于所述腕勢(shì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法，所述訓(xùn)練模塊中 對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行訓(xùn)練的過(guò)程包括：將訓(xùn)練模塊采集的訓(xùn)練樣本集存放在二維數(shù)組S中， S的每行存放一個(gè)訓(xùn)練樣本，S的行數(shù)為訓(xùn)練樣本數(shù)；首先對(duì)S作PCA降維處理：計(jì)算樣本 的平均值
，計(jì)算樣本的協(xié)方差￥
將協(xié)方差矩陣分 解成e=R4pr。這里P是C的特征向量矩陣，A是C的特征值矩陣 ，其中為按從大到小排列；經(jīng)過(guò)PCA處理后訓(xùn)練樣本集為&其中 表示二維數(shù)組S的每一行均減去^ ,取$中前d個(gè)維度組成新的訓(xùn)練集Τ，其中d由
S確定，將訓(xùn)練樣本的每一維作為一個(gè)普通高斯核函數(shù)，然后對(duì)所有維 度加以組合，如下公式所示：
以上各式均為輸入向量為一維的高斯核函數(shù)，每一個(gè)維度均為訓(xùn)練樣本的單個(gè)維度， 由于
辦常數(shù)，以上各式可表示為：
其中Ci為可調(diào)節(jié)的常量；根據(jù)核函數(shù)性質(zhì)，將以上逐式相加所得到新的核函數(shù)的公 式：
所述訓(xùn)練模塊采用Rough one-class SVM進(jìn)行訓(xùn)練，其過(guò)程即求解如下的二次規(guī)劃：
求解此二次規(guī)劃問(wèn)題后得到二次規(guī)劃的最優(yōu)解- 從而可以得到 PwPi · ? 所述識(shí)別模塊將測(cè)試樣本中的參數(shù)與訓(xùn)練模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理過(guò)程包括：采集模塊 采集到的測(cè)試樣本X，計(jì)算其決策函數(shù)：
按以下規(guī)則得出測(cè)試樣本所表達(dá)的動(dòng)作類(lèi)別： (1) 如果/&；)>0,則樣本點(diǎn)X明確識(shí)別為所定義的動(dòng)作； (2) 如果/(X) <〇 ,則樣本點(diǎn)X明確識(shí)別非所定義的動(dòng)作； (3) 如果/(X) <0且/〇〇 >〇,現(xiàn)有給出的信息不足以判定X的動(dòng)作類(lèi)別。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及腕式設(shè)備及腕勢(shì)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于腕式設(shè)備穿戴者的腕勢(shì)來(lái)識(shí)別該穿戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)及其識(shí)別方法，其能夠根據(jù)腕式設(shè)備發(fā)出的信號(hào)判斷出佩戴者的動(dòng)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行處理，給生活帶來(lái)更多方便。其包括腕式設(shè)備，其特征在于，所述腕式設(shè)備內(nèi)安裝加速度傳感器、微控器、網(wǎng)絡(luò)控制器，所述腕式設(shè)備連接存儲(chǔ)外設(shè)，所述微控器包括采集模塊、訓(xùn)練模塊、識(shí)別模塊，所述加速度傳感器連接采集模塊，所述采集模塊、存儲(chǔ)外設(shè)均連接訓(xùn)練模塊和識(shí)別模塊，所述識(shí)別模塊連接網(wǎng)絡(luò)控制器。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104537242
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410848279
【發(fā)明人】朱嘉鋼, 田浩兵, 李琦
【申請(qǐng)人】江蘇曉山信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日