特征强化与数据扩增方法及其动作检测装置制造方法及图纸

一种特征强化与数据扩增方法，用于一动作检测装置，包括取得至少一时频谱图；以及对该至少一时频谱图进行一特征强化处理，以强化该至少一时频谱图中对应于至少一动作的至少一特征并产生至少一特征强化时频谱图；其中，该特征强化处理包括一方向性滤波。特征强化处理包括一方向性滤波。特征强化处理包括一方向性滤波。

【技术实现步骤摘要】
特征强化与数据扩增方法及其动作检测装置


[0001]本公开是指一种特征强化与数据扩增方法及其动作检测装置，尤指一种可强化时频谱图中跌倒动作的特征以避免误报，并通过数据扩增算法增加跌倒数据的数量以增强模型泛化能力的特征强化与数据扩增方法及其动作检测装置。

技术介绍

[0002]以现行的动作检测技术来说，动作检测技术可依据检测对象(例如是长者、病患或幼儿)的快速动作来判断出检测对象是否发生跌倒、滑倒或碰撞，用于提供警报以告知检测对象的照顾者。使用连续雷达波的跌倒检测属于非图像式，有良好的隐私性，能够长时间监测外更为人性化。
[0003]在此情况下，潜在跌倒动作的时频谱图具有随机震动般的噪声扰动，而主要判断跌倒与非跌倒的特征，是频谱能量分布上的差异。然而，跌倒与部分非跌倒动作的时频谱图特征相似，即使经训练后模型仍容易发生误报。
[0004]此外，训练集数据搜集来源一部分由现场搜集实际数据，另一部分于实验室仿真跌倒数据。然而，跌倒数据搜集困难，自行仿真跌倒动作也具有一定风险，因此训练集数据分布相当不均衡(跌倒较非跌倒动作少很多)，致使模型能够学习到跌倒特征的权重较低。
[0005]有鉴于此，已知技术实有改进之必要。

技术实现思路

[0006]因此，本公开的主要目的即在于提供一种可强化时频谱图中跌倒动作的特征以避免误报，并通过数据扩增算法增加跌倒数据的数量以增强模型泛化能力的特征强化与数据扩增方法及其动作检测装置。
[0007]本申请揭示一种特征强化与数据扩增方法，用于检测至少一待测对象的至少一动作，包括取得至少一时频谱图；以及对该至少一时频谱图进行一特征强化处理，以强化该至少一时频谱图中对应于该至少一动作的至少一特征并产生至少一特征强化时频谱图；其中，该特征强化处理包括一方向性滤波。
[0008]本申请还揭示一种动作检测装置，包括一处理器，用来执行一程序；以及一储存单元，耦接于该处理器，用来储存该程序；其中该程序用来指示该处理器执行以下步骤取得至少一时频谱图；以及对该至少一时频谱图进行一特征强化处理，以强化该至少一时频谱图中对应于至少一动作的至少一特征并产生至少一特征强化时频谱图；其中，该特征强化处理包括一方向性滤波。
附图说明
[0009]图1为依据本公开的一实施例实现的一动作检测装置与一区域的示意图。
[0010]图2为动作检测装置的一操作示意图。
[0011]图3为一跌倒动作时频谱图与一非跌倒动作时频谱图的示意图。
[0012]图4为依据本公开的一实施例实现的一特征强化与数据扩增流程的示意图。
[0013]图5为依据本公开的一实施例实现的正规化时频谱图的示意图。
[0014]图6为依据本公开的一实施例实现的滤波时频谱图的示意图。
[0015]图7为依据本公开的一实施例实现的不同方向性的窗口的示意图。
[0016]图8为依据本公开的一实施例实现的一特征强化流程的示意图。
[0017]图9为依据本公开的一实施例实现的一频谱能量及一频谱能量直方图的示意图。
[0018]图10为依据本公开的一实施例实现的一滤波时频谱图与方向滤波时频谱图的示意图。
[0019]图11为依据本公开的一实施例进行一屏蔽操作及一非线性扭曲操作的示意图。
具体实施方式
[0020]请参考图1，图1为依据本公开的实施例实现的一动作检测装置10与一区域DR的示意图。动作检测装置10发射至少一射频检测信号SD至区域DR，并接收来自于区域DR的至少一反射射频信号SR。在本实施例中，动作检测装置10包括一处理单元、一收发器电路及一储存单元。该处理单元分别连接至该收发器电路和该储存单元。处理单元可为一微处理器或一特殊应用集成电路(application
‑
specific integrated circuit，ASIC)。该收发器电路是一雷达射频收发器。该射频收发器包括至少一发射天线和/或至少一接收天线、振荡器(Oscillator)、混频器(Mixer)、数字模拟转换器(DAC)、模拟数字转换器(ADC)等等。储存单元可为任一数据储存装置，用来储存一程序代码，并通过该处理单元读取及执行程序代码。
[0021]在本实施例中，动作检测装置10对反射射频信号SR进行信号处理以得到原始信号SRD。在本实施例中，动作检测装置10的该收发器电路是一雷达收发器电路，连接至该处理器，接收至少一雷达反射射频检测信号SD，并处理该至少一雷达反射射频信号SR以得到原始信号SRD。更明确而言，该雷达射频电路的该混频器对反射射频信号SR(雷达反射射频信号SR)进行降频操作得到模拟原始信号SRA，该雷达射频电路的模拟数字转换器再对模拟原始信号SRA取样得到原始信号SRD。在本实施例中，原始信号SRD代表了区域DR内人体任何动作反应于反射射频信号SR之中的多普勒成分。动作检测装置10再依据原始信号SRD判断区域DR内的待测对象(如，检测对象U)是否发生一特定动作，并据以提供对应于该特定动作的一警报ALM。
[0022]在本实施例中，动作检测装置10是一连续波雷达(CW)或频率调变连续波雷达(FMCW)。区域DR是动作检测装置10的检测区域。该特定动作可为跌倒动作、起身动作、复健动作、训练动作、或其它动作等。动作检测装置10可被架设在仅具单一检测目标的空间如独居老人、赡养中心单人房等。
[0023]在本公开的另一实施例中，动作检测装置10是频率调变连续波雷达。区域DR是动作检测装置10的检测区域。动作检测装置10(该频率调变连续波雷达)可被架设在具多检测目标的空间如健身房、室内球场、赡养中心多人房等。该特定动作可为多检测目标各自的跌倒动作、起身动作、复健动作、训练动作、或其它动作等。
[0024]在此情况下，请参考图2，图2为动作检测装置10的一操作示意图。如图2所示，动作检测装置10通过如连续波雷达取得原始信号SRD后，对原始信号SRD进行短时傅立叶变换(short
‑
time Fourier transform，STFT)，用于获得原始信号SRD在每一时间区间下频率能
量分布情形的一时频谱图TFS。其中，由于跌倒动作在时频谱图上发生能量密集变化的时长约为1.5～3秒，短时傅立叶变换后的每一时频谱图TFS设定每一时间区间为3.2秒，以囊括整个跌倒动作。当有动作变化时，在时频谱图的高频处会有较强的扰动，本实施例计算采样长度内100Hz至250Hz功率频谱密度，将能量最高点(如大于35瓦)定义为起火点(energy burst)，即为动作剧烈变化点，并以此起火点为中央向左右各采样取得时频谱图TFS作为潜在跌倒动作的检测。接着，经过适当训练的深度学习引擎可对潜在跌倒动作的时频谱图TFS进行辨识，以判断时频谱图TFS对应跌倒动作如床边起身跌倒、绊倒、滑倒等，或非跌倒动作如坐下、行进、挥手等，或其它因素如风扇转动、窗帘摆动等环境噪声。动作检测装置10在判断发生跌倒动作后一段时间内(如12秒)未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特征强化与数据扩增方法，用于检测至少一待测对象的至少一动作，包括：取得至少一时频谱图；以及对该至少一时频谱图进行一特征强化处理，以强化该至少一时频谱图中对应于该至少一动作的至少一特征并产生至少一特征强化时频谱图；其中，该特征强化处理包括一方向性滤波。2.如权利要求1所述的特征强化与数据扩增方法，还包括：处理至少一雷达反射射频信号，以取得该至少一时频谱图，其中该至少一动作包括一跌倒动作。3.如权利要求1至2中任一项所述的特征强化与数据扩增方法，其中该特征强化处理包括一正规化处理，用来将该至少一时频谱图沿频域轴进行正规化并产生至少一正规化时频谱图。4.如权利要求1至2中任一项所述的特征强化与数据扩增方法，其中该特征强化处理包括一Savitzky
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Golay(S
‑
G)滤波，用来将该至少一时频谱图平滑降噪并产生至少一滤波时频谱图。5.如权利要求1至2中任一项所述的特征强化与数据扩增方法，其中该方向性滤波将至少一时频谱图中的每一个在至少一方向进行滤波并产生各组至少一方向滤波时频谱图，并将该至少一时频谱图中的每一个及相对应各组至少一方向滤波时频谱图中能量最显著的一个做为一相对应特征强化时频谱图。6.如权利要求5所述的特征强化与数据扩增方法，其中该能量最显著的一个为在一所对应频谱能量直方图中能量值高于一噪声阈值的时间点数量最多的一个。7.如权利要求6所述的特征强化与数据扩增方法，其中该噪声阈值为该频谱能量直方图中时间点数量最多的一个的一能量区间的一上限。8.如权利要求1所述的特征强化与数据扩增方法，还包括：处理至少一雷达反射射频信号，以取得该至少一时频谱图；以及对该至少一特征强化时频谱图进行数据扩增，以产生多个扩增特征强化时频谱图对一深度学习引擎进行训练；其中，该多个扩增特征强化时频谱图的数量大于该至少一特征强化时频谱图的数量。9.如权利要求8所述的特征强化与数据扩增方法，还包括：对该至少一特征强化时频谱图进行一非线性扭曲。10.如权利要求8所述的特征强化与数据扩增方法，还包括：对该至少一特征强化时频谱图进行至少一屏蔽，该至少一屏蔽未完全覆盖该至少一特征强化时频谱图中一主要特征区域。11.一种动作检测装置，包括：一处理器，用来执行一程序；以及一储存单元，耦接于该处理器，用来储存该程序；其中该程序用来指示该处理器执行以下步骤：取得至少一时频谱图；以及对该至...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铉宗，周颢恭，
申请(专利权)人：纬创资通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：