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专利号: 2023108689261
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:

1.一种基于元学习的无线信号本手势识别方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、实验环境部署;

选定三个环境进行实验,三个环境为空旷的会议室、背景杂乱的实验室和半封闭走廊,分别记为环境A、环境B和环境C,在三个环境中各部署一个数据采集装置,该装置包括一个无线信号发射器和一个无线信号接收器,发射器和接收器均为配备有Intel 5300网卡的电脑;

S2、实验数据的采集;

组织m名实验人员坐在发射器和接收器中间,做出实验所需要的手势动作,每个手势动作连续采集n次,从而进行实验数据的采集;

S3、数据预处理;

针对S2中采集到的手势数据,提取其幅值信息,用hampel滤波器进行离群点的检测和删除,再利用离散小波变换进行滤波;

S4、数据集划分;

针对S3中预处理后的数据集,对其按照一定比例进行划分为训练集和测试集,再分别将训练集和测试集中的数据划分为支持集和查询集;

S5、构建MAML‑WCNN‑BiLSTM手势识别模型并进行训练和测试;

在S5中,包括以下子步骤:

S5.1、构建MAML‑WCNN‑BiLSTM手势识别模型,该模型采用MAML算法提供一个元学习器,元学习器用于训练基学习器,基学习器由一个并行的WCNN‑BiLSTM深度神经网络构成,所述WCNN‑BiLSTM深度神经网络包括WCNN层、BiLSTM层、全连接层、特征融合层和随机失活层;所述WCNN层为小波卷积神经网络,其实现方式为将离散小波变换作为池化层嵌入CNN网络中;

S5.2、对MAML‑WCNN‑BiLSTM手势识别模型进行训练,首先从训练集中随机抽取n个独立的元任务,每个元任务包括一个支持集和一个查询集,元学习器将不同的元任务送到基学习器中,由支持集和查询集通过MAML算法完成对基学习器的训练,从而获得一个初始化参数;

S5.3、对MAML‑WCNN‑BiLSTM手势识别模型进行测试,使用测试集中的支持集调整训练好的参数,生成最终的手势识别模型,最后使用测试集中的查询集测试模型得出分类结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于元学习的无线信号本手势识别方法,其特征在于,在

2 2

S1中,环境A面积为84m ,其中长为12m,宽为7m;环境B面积为76.5m ,其中长为9m,宽为8.5m;

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环境C面积为56m,其中长为8m,宽为7m;

发射器和接收器之间相距1.5m且正对放置,两台电脑上各安装上Ubuntu14.04操作系统;发射器和接收器各安装有3根天线,由三脚架调整天线距地面的距离为1.2m;接收端通过USB外接两个小音响,手势动作的绘制通过音响发出开始或结束指令来完成。

3.根据权利要求1所述的一种基于元学习的无线信号本手势识别方法,其特征在于,在S2中,组织六名年龄、身高、体重各不相同的志愿者坐在发射端和接收端中间的板凳上,用右手手指在空中绘制数字0~9以及26个英文字母的大小写形式,总共62类手势动作,每类手势连续采集50次,在一个环境中总共采集到18600个数据;

在采集开始前,实验人员正坐在板凳上,双臂自然垂下;数据开始采集时,音响发出开始指令,实验人员开始在空中做手势动作,在音响发出结束指令前做完整个手势动作,全称保持匀速动作,并且每个动作前后都停留一段时间;一个手势动作的采样周期是4s,做手势动作时间为3.5s,手势类别的笔顺按照书写规范,使实验人员的手势动作保持统一。

4.根据权利要求1所述的一种基于元学习的无线信号本手势识别方法,其特征在于,在S4中,针对采集到的62类手势数据,选取其中46类作为训练集,16类作为测试集;一个支持集包含N‑way K‑shot,N为随机从训练集中抽取的类别数,K为从N类中随机抽取的样本数,N*K个样本构成支持集,每个支持集包含的类别不完全相同,从剩余的N‑K类样本中随机选取若干个样本,构成一个查询集。