[发明专利]一种与加速度传感器的放置方式和位置无关的运动识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动识别领域，尤其涉及一种与加速度传感器的放置方式和位置无关的运动识别方法。

背景技术

近年来，随着微型机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）技术的发展，加速度传感器的微型化、智能化，基于加速度传感器对人体运动如走路、跑步、站立等基本动作的识别越来越受到重视。同时，目前许多智能手持设备如智能手机、智能平板等都集成了加速度传感器。由于智能手持设备总是被用户随身携带，且计算能力越来越强，因此利用智能手持设备中内置加速度传感器对人体运动进行识别变得可行并在交互游戏、健康监护等领域有广泛的应用。

基于加速度传感器的运动识别方法主要包括原始信号采集、特征抽取、模型建立和活动识别四个过程。采集到的原始信号为三维的加速度信号，通过特征抽取过程抽取运动的特征，根据运动的特征建立模型，用于进行后续的运动识别过程。现有的特征抽取过程主要是抽取均值、方差、最大值、最小值等统计特征和频域熵、能量等频域特征。由于装备加速度传感器的设备如智能手机的放置方式及放置位置不同，其中放置方式指智能手机的手机屏幕朝向或背向人体，智能手机正放或者倒着放置等多种不同的放置方式，放置位置指的是智能手机放置在胸口，裤子口袋等不同的放置位置，不同放置方式或放置位置下的加速度传感器在同一运动下的活动变化不同，提取的特征在分布上差异很大，因此，现有的利用加速度传感器进行人体运动识别的方法要求加速度传感器必须以特定的方式固定在人体特定的位置，当不按照指定方式佩戴传感设备时会极大地影响识别的准确率。另一方面，加速度传感器在使用过程中很容易发生平移或旋转，偏离预定位置，导致识别性能下降。智能手持设备在用户运动过程中的放置方式和位置一般无法固定，用户对智能手持设备的放置方式和位置的自由度很高，该现象在使用智能手持设备如智能手机的情况下尤其严重。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种与加速度传感器的放置方式和位置无关的运动识别方法。

一种与加速度传感器的放置方式和位置无关的运动识别方法，包括：原始信号采集过程、特征抽取过程、模型建立过程和运动识别过程，所述的特征抽取包括以下步骤：

（1）采用PCA算法从原始信号中抽取主要成分，得到与加速度传感器的放置方式和位置无关的时序信号；

（2）对所述的时序信号进行离散化处理，得到离散序列；

（3）利用滑动窗口模型将所述的离散序列划分为若干个分段序列；

（4）将每个分段序列转换为符号序列作为模式词汇；

（5）统计各模式词汇的词频，并按词频从高到低排序，取前K个模式词汇作为模式特征词汇。

本发明利用加速度信号本身变化的特点，通过PCA算法（即主成分分析，Principal Component Analysis，PCA）将原始的三维的加速度信号降阶得到一维的时序信号，成功的从原始信号（原始的三维加速度信号）中提取出与加速度传感器的放置方式和位置无关的部分，进一步对该部分进行分段编码得到若干个模式词汇，并从中提取得到一定数量的模式特征词汇。单个运动的模式特征词汇个数K的取值可变，根据实际情况设定。

所述步骤（2）的离散化处理包括以下步骤：

（2-1）对所述的时序信号进行归一化处理，得到标准序列；

（2-2）根据公式：