基于人体骨架特征编码的健身动作识别方法

健身动作识别是智能健身系统的核心环节。为了提高健身动作识别算法的精度和速度,并减少健身动作中人体整体位移对识别结果的影响,提出了一种基于人体骨架特征编码的健身动作识别方法。该方法包括三个步骤：首先,构建精简的人体骨架模型,并利用人体姿态估计技术提取骨架模型中各关节点的坐标信息;其次,利用人体中心投影法提取动作特征区域以消除人体整体位移对动作识别的影响;最后,将特征区域编码作为特征向量并输入多分类器进行动作识别,同时通过优化特征向量长度使识别率和速度达到最优。实验结果表明,本方法在包含28种动作的自建健身数据集上的动作识别率为97.24%,证明该方法能够有效识别各类健身动作;在公开的KTH和Weizmann数据集上,所提方法的动作识别率分别为91.67%和90%,优于其他同类型方法。     

基于姿态估计与GRU网络的人体康复动作识别

康复锻炼是脑卒中患者的重要治疗方式,为提高康复动作识别的准确率与实时性,更好地辅助患者在居家环境中进行长期康复训练,结合姿态估计与门控循环单元(GRU)网络提出一种人体康复动作识别算法Pose-AMGRU。采用OpenPose姿态估计方法从视频帧中提取骨架关节点,经过姿态数据预处理后得到表达肢体运动的关键动作特征,并利用注意力机制构建融合三层时序特征的GRU网络实现人体康复动作分类。实验结果表明,该算法在KTH和康复动作数据集中的识别准确率分别为98.14%和100%,且在GTX1060显卡上的运行速度达到14.23frame/s,具有较高的识别准确率与实时性。     

基于时空权重姿态运动特征的人体骨架行为识别研究

人体行为识别在视觉领域的广泛应用使得它在过去的几十年里一直都是备受关注的研究热点.近些年来,深度传感器的普及以及基于深度图像实时骨架估测算法的提出,使得基于骨架序列的人体行为识别研究越来越吸引人们的注意.已有的研究工作大部分提取帧内骨架不同关节点的空间域信息和帧间骨架关节点的时间域信息来表征行为序列,但没有考虑到不同关节点和姿态对判定行为类别所起作用是不同的.因此本文提出了一种基于时空权重姿态运动特征的行为识别方法,采用双线性分类器迭代计算得到关节点和静止姿态相对于该类别动作的权重,确定那些信息量大的关节点和姿态;同时,为了对行为特征进行更好的时序分析,本文引入了动态时间规整和傅里叶时间金字塔算法进行时序建模,最后采用支持向量机完成行为分类.在多个数据集上的实验结果表明,该方法与其它一些方法相比,表现出了相当大的竞争力,甚至更好的识别效果.     

基于视频帧连贯信息的3维人体姿势优化估计方法

针对基于视频的3维人体姿态估计问题,传统方法是先估计出每帧图像中的3维人体姿态,再将估计结果按帧序排列,获得视频中的3维人体姿态.这种方法没有考虑连续帧间人体动作的连贯性,以及人体关节连接的空间一致性,估计结果中常会出现人体的高频抖动及动作的较大偏差.针对该问题,提出一种基于视频帧连贯信息的3维姿态优化估计方法.首先利用2维姿势估计结果优化人体3维关节点坐标,以减少抖动;其次引入前后帧关节点运动的逆向与正向预测,以保持动作连贯性;最后,加入骨骼连接约束,建立可保持人体动作轨迹光滑且优化前后关节连接结构一致的模型,实现对3维人体姿态的精确估计.在公共数据集MPI-INF-3DHP上的测试结果显示,与基准3维姿态估计方法相比,本文方法估计的关节点平均误差降低3.2％.在公共数据集3DPW上的测试结果显示,与未优化情形相比,加速误差降低44％.     

基于姿态校正与姿态融合的2D/3D骨架动作识别方法

针对现有的人体骨架动作识别方法对肢体信息挖掘不足以及时间特征提取不足的问题,提出了一种基于姿态校正模块与姿态融合模块的模型PTF-SGN,实现了对骨架图关键时空信息的充分利用。首先,对骨架图数据进行预处理,挖掘肢体和关节点的位移信息并提取特征;然后,姿态校正模块通过无监督学习的方式获取姿态调整因子,并对人体姿态进行自适应调整,增强了模型在不同环境下的鲁棒性;其次,提出一种基于时间注意力机制的姿态融合模块,学习骨架图中的短时刻特征与长时刻特征并融合长短时刻特征,加强了对时间特征的表征能力;最后,将骨架图的全局时空特征输入到分类网络中得到动作识别结果。在NTU60 RGB+D、NTU120 RGB+D两个3D骨架数据集和Penn-Action、HARPET两个2D骨架数据集上的实验结果表明,该模型能够有效地识别骨架时序数据的动作。     

基于人体关节点多特征融合的暴力行为识别

针对目前视频中暴力行为识别算法识别准确率不高的问题,提出一种基于人体关节点多特征融合的暴力行为识别方法。使用YOLO-Pose算法实现人体检测与姿态估计,获取人体关节点位置信息,基于人体结构提取关节点的距离特征和形状特征,基于运动特性提取关节点的动态特征和姿态特征,将所有特征信息进行融合,构建Bi-LSTM行为识别模型实现暴力行为识别分类,并设计行为识别结果稳定器,解决识别过程中因随机干扰导致的行为误判问题。在公开暴力行为数据集Violent-Flows与自制暴力行为数据集Vio-B上验证提出方法的有效性,实验表明,在Violent-Flows数据集与Vio-B数据集上本方法准确率分别达到97.9%与98.5%,高于现有方法。     

基于DTW约束的动作行为识别

针对固定视角下的人体动作行为准确识别的研究,通过姿态关节点标定,结合不同关节点对动作内和动作间起到不等的权重区分度的问题,提出一种加权量化矩阵的姿态特征表示方法,将关节点相对坐标经过权重修正作为姿态特征,减少因关节点标定误差或图像帧的缺失导致的识别精度下降和误判率增加等问题,同时,对DTW算法加入动态时间规整加以约束来降低算法的复杂度,最后在家庭智能空间内获取动作姿态图像序列,通过实验验证关节点标定及行为识别算法的有效性.     

基于姿态的情感计算综述

情感计算的理论与算法研究是近年来人机交互领域的热点话题.当前,常见的情感计算集中在基于面部表情、语音、文本、人体姿态等方向,既有单一模态的算法,又有多模态的综合算法.基于面部表情和语音模态的算法占据多数,国内外基于人体姿态的算法相对较少.文中针对基于姿态的情感计算所面临的几个关键科学问题展开了综述,包括情感的心理学模型、人体姿态估计算法、姿态的情感特征提取算法、情感分类与标注算法、姿态情感数据集、基于姿态的情感识别算法等.具体来说,首先介绍了几种常用的情感计算心理学模型,评述了各类模型的适用场景;随后从人体检测和姿态估计2个角度对人体姿态估计的常用算法进行了总结,并讨论了2D和3D姿态估计的应用前景.针对特征提取算法,分析了基于全身和上半身身体动作的姿态特征提取算法.在情感标注方面,介绍了表演数据和非表演数据的情感标注算法,并指出了半自动或自动的标注非表演数据将是未来的重要发展趋势之一.针对姿态情感数据集,列举了近年来常见的14个数据集,并主要从是否是表演数据、数据维度、静态或动态姿势、全身或非全身数据等几个方面进行了总结.在基于姿态的情感识别算法方面,主要介绍了基于人工神经网络的情感识别算法,指出了不同算法的优劣之处和适用的数据集类型.文中的综述研究,总结提炼了国内外该领域经典且前沿的工作,希望为相关的研究者提供研究帮助.     

基于多流卷积神经网络的行为识别

人体行为识别与人体姿态有很强的相关性,由于许多公开的行为识别的数据集并未提供相关姿态数据,因此很少有将姿态数据进行训练并与其它模态进行融合的识别方法.针对当今主流基于深度学习的人体行为识别方法采用RGB与光流融合的现状,提出一种融合人体姿态特征的多流卷积神经网络人体行为识别算法.首先,用姿态估计算法从包含人的静态图片生成人体关键点数据,并对关键点连接构建姿态;其次,分别将RGB、光流、姿态数据对多流卷积神经网络进行训练,并进行分数融合;最后,在UCF101与HMDB51数据集进行了大量的消融,识别精度等方面的实验研究.实验结果表明,融合了姿态图像的多流卷积神经网络在UCF101与HMDB51数据集的实验精度分别提高了2.3％和3.1％.实验结果验证了提出算法的有效性.     

基于深度学习的驾驶员分心行为识别

分心驾驶行为识别是提高驾驶安全的主要方法之一。针对分心驾驶行为识别精度低的问题,本文提出一种基于深度学习的驾驶员分心行为识别算法,由目标检测网络和行为精确识别网络级联构成。基于State Farm公开数据集,第一级利用目标检测算法SSD(Single Shot Multibox Detector)对数据集中的驾驶员原始图像进行局部信息提取,确定行为识别候选区域;第二级分别利用迁移学习VGG19、ResNet50和MobileNetV2模型对候选区域内的行为信息进行精确识别;最后,实验对比级联架构与单模型架构对分心驾驶行为的识别精度。结果表明,提出的级联网络模型相较于主流单模型检测方法,驾驶员行为识别的准确率总体上提升4~7%个百分点。该算法不仅减少噪声和其他背景区域对模型的影响,提高分心行为识别准确率,还可以有效识别更多的行为类别以避免动作的误分类。     

Evolutionary joint selection to improve human action recognition with RGB-D devices

Interest in RGB-D devices is increasing due to their low price and the wide range of possible applications that come along. These devices provide a marker-less body pose estimation by means of skeletal data consisting of 3D positions of body joints. These can be further used for pose, gesture or action recognition. In this work, an evolutionary algorithm is used to determine the optimal subset of skeleton joints, taking into account the topological structure of the skeleton, in order to improve the final success rate. The proposed method has been validated using a state-of-the-art RGB action recognition approach, and applying it to the MSR-Action3D dataset. Results show that the proposed algorithm is able to significantly improve the initial recognition rate and to yield similar or better success rates than the state-of-the-art methods.     

Coupled Action Recognition and Pose Estimation from Multiple Views

Action recognition and pose estimation are two closely related topics in understanding human body movements; information from one task can be leveraged to assist the other, yet the two are often treated separately. We present here a framework for coupled action recognition and pose estimation by formulating pose estimation as an optimization over a set of action-specific manifolds. The framework allows for integration of a 2D appearance-based action recognition system as a prior for 3D pose estimation and for refinement of the action labels using relational pose features based on the extracted 3D poses. Our experiments show that our pose estimation system is able to estimate body poses with high degrees of freedom using very few particles and can achieve state-of-the-art results on the HumanEva-II benchmark. We also thoroughly investigate the impact of pose estimation and action recognition accuracy on each other on the challenging TUM kitchen dataset. We demonstrate not only the feasibility of using extracted 3D poses for action recognition, but also improved performance in comparison to action recognition using low-level appearance features.     

基于YOLOv3-HM的手部姿态估计方法研究

二维手部姿态估计是人机交互领域的一项关键技术。为增强复杂环境下系统鲁棒性,提高手势姿态估计精度,提出一种基于目标检测和热图回归的YOLOv3-HM算法。首先,利用YOLOv3算法从RGB图像中识别框选手部区域,采用CIoU作为边界框损失函数;然后,结合热图回归算法对手部的21个关键点进行标注;最终,通过回归手部热图实现二维手部姿态估计。分别在FreiHAND数据集与真实场景下进行测试,结果表明,该算法相较于传统手势检测算法在姿态估计精度和检测速度上均有所提高,对手部关键点的识别准确率达到99.28%,实时检测速度达到59 f/s,在复杂场景下均能精准实现手部姿态估计。     

自适应骨骼中心的人体行为识别算法

目的 基于3维骨架的行为识别研究在计算机视觉领域一直是非常活跃的主题,在监控、视频游戏、机器人、人机交互、医疗保健等领域已取得了非常多的成果。现今的行为识别算法大多选择固定关节点作为坐标中心,导致动作识别率较低,为解决动作行为识别中识别精度低的问题,提出一种自适应骨骼中心的人体行为识别的算法。方法 该算法首先从骨骼数据集中获取三维骨架序列,并对其进行预处理,得到动作的原始坐标矩阵;再根据原始坐标矩阵提取特征,依据特征值的变化自适应地选择坐标中心,重新对原始坐标矩阵进行归一化;最后通过动态时间规划方法对动作坐标矩阵进行降噪处理,借助傅里叶时间金字塔表示的方法减少动作坐标矩阵时间错位和噪声问题,再使用支持向量机对动作坐标矩阵进行分类。论文使用国际上通用的数据集UTKinect-Action和MSRAction3D对算法进行验证。结果 结果表明,在UTKinect-Action数据集上,该算法的行为识别率比HO3D J2算法高4.28%,比CRF算法高3.48%。在MSRAction3D数据集上,该算法比HOJ3D算法高9.57%,比Profile HMM算法高2.07%,比Eigenjoints算法高6.17%。结论 本文针对现今行为识别算法的识别率低问题,探究出问题的原因是采用了固定关节坐标中心,提出了自适应骨骼中心的行为识别算法。经仿真验证,该算法能有效提高人体行为识别的精度。     

3D human pose estimation in motion based on multi-stage regression

3D human pose estimation in motion is a hot research direction in the field of computer vision. However, the performance of the algorithm is affected by the complexity of 3D spatial information, self-occlusion of human body, mapping uncertainty and other problems. In this paper, we propose a 3D human joint localization method based on multi-stage regression depth network and 2D to 3D point mapping algorithm. First of all, we use a single RGB image as the input, through the introduction of heatmap and multi-stage regression to constantly optimize the coordinates of human joint points. Then we input the 2D joint points into the mapping network for calculation, and get the coordinates of 3D human body joint points, and then to complete the 3D human body pose estimation task. The MPJPE of the algorithm in Human3.6 M dataset is 40.7. The evaluation of dataset shows that our method has obvious advantages.     

基于Kinect的人体姿态估计优化和动画生成

为了生成更准确流畅的虚拟人动画,采用Kinect设备捕获三维人体姿态数据的同时,使用单目人体三维姿态估计算法对Kinect的彩色信息进行骨骼点数据推理,从而实时优化人体姿态估计效果,并驱动虚拟人物模型生成动画。首先,提出了一种时空优化的骨骼点数据处理方法,以提高单目估计人体三维姿态的稳定性;其次,提出了一种Kinect和遮挡鲁棒姿势图（ORPM）算法融合的人体姿态估计方法来解决Kinect的遮挡问题;最后,研制了基于四元数向量插值和逆向运动学约束的虚拟人动画系统,其能够进行运动仿真和实时动画生成。与仅利用Kinect捕获人体运动来生成动画的方法相比,所提方法的人体姿态估计数据鲁棒性更强,具备一定的防遮挡能力,而与基于ORPM算法的动画生成方法相比,所提方法生成的动画在帧率上提高了两倍,效果更真实流畅。     

线性动态系统反演模型在人体行为识别的应用

目的 人体行为识别在视频监控、环境辅助生活、人机交互和智能驾驶等领域展现出了极其广泛的应用前景。由于目标物体遮挡、视频背景阴影、光照变化、视角变化、多尺度变化、人的衣服和外观变化等问题,使得对视频的处理与分析变得非常困难。为此,本文利用时间序列正反演构造基于张量的线性动态模型,估计模型的参数作为动作序列描述符,构造更加完备的观测矩阵。方法 首先从深度图像提取人体关节点,建立张量形式的人体骨骼正反向序列。然后利用基于张量的线性动态系统和Tucker分解学习参数元组（A_F,A_I,C）,其中C表示人体骨架信息的空间信息,A_F和A_I分别描述正向和反向时间序列的动态性。通过参数元组构造观测矩阵,一个动作就可以表示为观测矩阵的子空间,对应着格拉斯曼流形上的一点。最后通过在格拉斯曼流形上进行字典学习和稀疏编码完成动作识别。结果 实验结果表明,在MSR-Action 3D数据集上,该算法比Eigenjoints算法高13.55%,比局部切从支持向量机（LTBSVM）算法高2.79%,比基于张量的线性动态系统（tLDS）算法高1%。在UT-Kinect数据集上,该算法的行为识别率比LTBSVM算法高5.8%,比tLDS算法高1.3%。结论 通过大量实验评估,验证了基于时间序列正反演构造出来的tLDS模型很好地解决了上述问题,提高了人体动作识别率。