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专利号: 2018104474645
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于GMM表征的煤矿放炮不安全动作识别与判定方法,其特征是:(1)人体骨架序列数据预处理:

通过kinect获取人体骨架序列数据,通过数据手套获取手关节数据,对人体骨架序列数据和手关节数据进行去噪和归一化的预处理;

①人体骨架序列数据实时去噪处理:

为了消除抖动噪声,通过抖动消除滤波器来限制每帧中允许的输出变化来抑制输入尖峰噪声,抖动消除滤波器表示为:其中Xn为n时刻滤波器输入, 为n时刻滤波器输出,threshold为抖动阈值门限,两帧之间大于此值定义为抖动,进行指数加权平滑滤波,否则不进行处理,α为指数加权平滑滤波的衰减因子;

②人体骨架序列数据归一化处理:

对人体骨架序列数据归一化处理,采用节点归一化方法消除节点序列由于人体位置和体型差异导致位移差与尺度差;

设单帧N个节点集合为,P=[x,y,z]T,腰部节点记为Pwst,位移归一化后序列为:P′i=P-Pwst;

再进行尺度归一化:(2)人体骨架序列数据表征:

①动作的GMM特征:

利用GMM聚类操作把相邻多个骨骼节点帧处理为一个关键姿态,从而动作k表征为:P为该GMM中模型个数,表示关键姿态的个数;modj(μj,Σj)为GMM中的每个高斯模型,表征一个关键姿态,μj为该模型的期望,Σj为该模型的协方差矩阵;aj=p(modj), 为GMM中每个模型的先验概率,表征每个关键姿态在整个动作中的先验概率;

②骨骼序列时间序列表征:

一个行为样本空间特征信息表示为人体骨架序列为{XiS},其中i=1,2,3,...,N,N为帧的个数;Xis∈Rd,为该帧骨骼节点信息,维度为d;

为了在聚类的时候考虑到时间序列信息,在骨骼节点序列信息中加入一维表示时间序列的信息 由于人体骨架序列的长度不一致,该时间序列信息归一化为:这样既包含时间序列信息又包含空间信息的第i帧信息表示为:③动作表征GMM特征提取:

针对每一个动作k的所有训练样本的所有骨骼帧Xi,先通过k均值聚类算法进行聚类,得到一个初始关键姿态模型序列:通过EM算法对该关键姿态模型参数进行优化,目标是使所有该动作的训练样本在该动作的模型 下出现的概率最高;

(3)基于贝叶斯分类器的行为识别:

根据贝叶斯分类算法思想,假定分类错误代价一致,对于给出的待分类动作序列X,基于最小化分类错误的贝叶斯动作分类器为:h*(X)=arg max P(ck|X),即对每一个动作样本X,ck为动作类别,选择能使后验概率P(ck|X)最大的动作类别标记;

其中P(ck|X)计算为:

由于针对每一个动作序列X,P(X)是相同的;假定对所有的类别,P(ck)是相同的,因此公式h*(X)=argmaxP(ck|X)的分类器转换为:h*(X)=argmaxP(X|ck),假定每一个帧是独立的,

为了消除乘法操作,取对数,

这样,得到了每一个不同动作ck类别下GMM特征表征 因此:一个动作样本X的识别结果h*(X)为该

X在每一个动作模型gmmk中最大概率对应的动作类别。

2.根据权利要求1所述基于GMM表征的煤矿放炮不安全动作识别与判定方法,其特征是,所述抖动阈值门限threshold根据实验效果取值0.5。

3.根据权利要求1所述基于GMM表征的煤矿放炮不安全动作识别与判定方法,其特征是,所述加权平滑滤波的衰减因子α根据实验效果取值为0.9。

4.根据权利要求1所述基于GMM表征的煤矿放炮不安全动作识别与判定方法,其特征是,所述动作表征GMM特征提取过程中EM算法的具体步骤如下:A.求得训练样本中,所有该动作的每一骨骼帧Xi在每个关键姿态modj模型下的概率p(Xi|modj):B.利用贝叶斯公式(7)估计每一个关键姿态modj在每一个训练样本骨骼帧Xi下的概率p(modj|Xi):C.根据p(modj|Xi),以及以下公式更新每一个混合模型参数:D.不断重复上述步骤,直到以下公式似然函数log(p(X))达到最高,即所有该动作的训练集D中的帧Xi在该动作模型 下出现的概率达到最高,此时得到该动作的混合高斯模型表征的所有参数;

对每一个动作都进行上述特征提取,获取所有动作的GMM特征表征。