جویدن، صحبت کردن،بلعیدن، اه کشیدن و تکان دادن سر

جدول۲- ۳-انواع فعالیت های تشخیص داده شده بوسیله سیستم­های HAR[35]
Vacek در پژوهش خود فعالیت را اینگونه معرفی می­ کند که چگونه، چه موقع، کجا و چرا یک فعالیت انجام شده است و جنبه­ های فعالت را شناسایی می­نماید. وی فعالیت­های انسان را به دو روش طبقه ­بندی می­نماید. در روش اول که
طبقه ­بندی بوسیله ساختار نامیده می­ شود، فعالیت­ها از ساختار بدن انسان مشتق می­شوند. به عبارت دیگر هر فعالیت بر اساس قسمتی از بدن که در این فعالیت مورد استفاده است، طبقه ­بندی می­شوند. دو گروه شی و مکان نقش خاصی در طبقه ­بندی دارد. آنها می­توانند معنی هر قسمتی را افزایش ­دهند [۳۶].

شکل۲- ۷-بهره گیری از فعالیت اعضای بدن در تشخیص فعالیت[۳۶]

انسان­ها تمایل به درک فعالیت به عنوان یک توالی جداگانه از کارهای ابتدایی دارند. در روش دوم بنام طبقه ­بندی عملکردی­، فعالیت بوسیله کارکردی که دارد طبقه ­بندی می­ شود. این دسته­بندی از مکانیزم­ های فعالیت انسان مشتق شده است که به دو نوع فعالیت می ­پردازد. در فعالیت­های اجرایی، فعالیت­ها برای رسیدن به یک هدف خاص انجام می­گیرند. آنها حالت انسان یا محیط اطرافش را تغییر می­دهند. مانند پیاده­روی یا گرفتن یک شی و فعالیت­های تعاملی شامل فعالیت­هایی است که صحبت کردن و دیالوگ بخش عمده آن می­باشد.
مشکل این دو کلاس این است که آنها تنها یک بعد از مفاهیم را برای طبقه ­بندی فعالیت­های انسان در نظر می­گیرند و برای جزییات بیشتر طبقه ­بندی ساختاری می­بایست بر اینکه چگونه یک فعالیت می ­تواند تشخیص داده شود، تمرکز کرد.
HUYNH در پژوهش خود فعالیت­ها را به صورت زیر طبقه ­بندی نموده است.

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت fotka.ir مراجعه نمایید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فعالیت حالت
دراز کشیدن-نشستن-ایستادن ایستا
دراز کشیدن-ایستادن
ایستادن-درازکشیدن
درازکشیدن-نشستن
نشستن-درازکشیدن
ایستادن-راه رفتن انتقال
راه رفتن
راه رفتن –از پله بالا رفتن
راه رفتن-از پله پایین رفتن پویا

جدول۲- ۴-حالت ها و فعالیت های طبقه بندی شده[۳۷]

شکل۲- ۸-انواع آنالیز حرکات[۳۵]

 

۲-۴-۲-رویکردهای تشخیص فعالیت انسان

اولین قدم برای رسیدن به هدف تشخیص فعالیت­های رومره، یک سیستم تشخیص فعالیت مجهز به قابلیت­های حسی می­باشد. سه روش برای تشخیص فعالیت­های روزمره بکارگرفته می­ شود [۳۷, ۳۸]:
video based, environment sensor based, wearable sensor based

 

۲-۴-۲-۱-رویکرد مبتنی بر ویدئو

در این سیستم برای ردیابی و تشخیص فعالیت­های فیزیکی دوربین ویدئویی بکار می­رود. این روش اغلب در آزمایشگاه خوب کار می­ کند اما به دلیل آشفتگی و تنوع خیلی مختلف فعالیت­هایی که در محیط­های واقعی اتفاق می­افتد در دستیابی به دقت مشابه در شرایط واقعی به مشکل بر­خورده­اند. بعلاوه حسگرهایی مانند میکروفن و دوربین خیلی گران می­باشند. درنتیجه از آنجا که این دستگاه­ها به عنوان دستگاه­های ضبط کننده بکار می­روند، ممکن است توسط بعضی افراد با مشکلات امنیتی حریم خصوصی مواجه شوند.

 

۲-۴-۲-۲-رویکرد مبتنی بر محیط حسگر

این سیستم­ها برای نظات بر تعامل میان کاربران و محیط­های خانه­شان توسعه یافته­اند که این هدف بوسیله توزیع تعدادی از حسگرهای محیطی بخصوص حسگرهای باینری حالت on-off سراسر محیط زندگی فرد بدست آمده است. داده جمع آوری شده بوسیله این حسگرهای محیطی می ­تواند برای تطابق هوشمند محیط در خانه برای ساکنانش مورد استفاده باشند. سیستم­های مبتنی بر حسگرهای محیطی فعالانه فعالیت­های آنها را هر روزه نظارت می­ کند. در این سیستم­ها تعداد زیادی از پارمترها می ­تواند با بکارگیری حسگرهای گوناگون و محدودیت­هایی (اندازه، وزن و توان) از دیگر انواع حسگرها نظارت شود. بنابراین طراحی کلی سیستم را ساده می­ کند. هر چند این سیستم­ها وابسته به زیرساخت هستند و نمی­توانند بر افراد بیرون خانه نظارت کنند. همچنین آنها مشکلات متمایز کردن فرد نظارت شده و دیگر افراد در خانه را نیز دارند.خانه­های هوشمند یک نمونه از این گونه سیستم­های می­باشند.

 

۲-۴-۲-۳-رویکرد مبتنی بر حسگرهای پوشیدنی

این سیستم­های طوری طراحی شده ­اند که برای اندازه ­گیری پیوسته داده بیومکانیکی و فیزیولوژیکی بدن در طول فعالیت روزمره با در نظر گرفتن مکان فرد قابل پوشیدن باشند. بنابراین یک جایگزین مناسب برای تشخیص فعالیت­های روزمره انسان بخصوص فعالیت­های فیزیکی بدن هستند. از این رو آنها به افراد متصل می­ شود تا بر فعالیت­های آنها نظارت کنند. حسگرهای پوشیدنی از زیرساخت مستقل هستند و می ­تواند پارامترهای فیزیولوژیکی که بوسیله حسگرهای ویدئویی یا محیطی ممکن قابل اندازه گیری نیستد را اندازه ­گیری کنند. بعلاوه این حسگرها ارزان قیمت بوده و برخلاف حسگرهای ویدئویی آنها مشکل حریم خصوصی افراد را ندارد.
طیفی از حسگرهای متصل به بدن شامل سوئیچ­های الکترومکانیکی، شتاب­سنج، ژیروسکوب، گام شمارها برای گرفتن و آنالیز حرکات انسان درطول زندگی روزمره افراد بکار روند. پیشرفت تکنولوژی در سیستم­های میکروالکترومکانیکی[۶] باعث کوچک شدن و کم هزینه شدن شتاب­سنج­ها شده است و عموما به عنوان یک ابزار مفید برای ارزیابی حرکت انسان در محیط­های کلینیکی و محیط­های زندگی پذیرفته شده ­اند.

 

۲-۴-۳-رویکردهای مدل سازی فعالیت انسان

بیشترین رویکردهای مورد استفاده برای مدل­سازی فعالیت انسان شامل HMM و انواع آن که شامل زیر مجموعه­های
(coupled-HMM ,Entropid-HMM)، مدل­های گرافیکی و شبکه­ های پویا بیزی می­باشد [۳۹].

 

۲-۴-۳-۱–رویکرد استخراج ویژگی

ابتدا سیگنال بدست آمده از حسگر به تعدادی بخش­های زمانی کوچک به نام پنجره­ها تقسیم می­ شود. در هر پنجره یک یا چند ویژگی برای توصیف سیگنال، استخراج می­ شود. این ویژگی­ها سپس به عنوان ورودی الگوریتم­های دسته­بندی استفاده می­شوند که هر پنجره با یک فعالیت مرتبط می­ شود. این ویژگی­ها شامل ناحیه وسیع سیگنال، شتاب
peak-to-peak، مقدار اصلاحی میانگین، مربع میانگین ریشه می­باشند. این نوع ویژگی­ها اغلب برای تمایزگذاشتن میان فعالیت­های پویا و ایستا مورد استفاده­اند.
هدف اصلی استخراج کمترین مقادیر از داده خروجی برای ایجاد یک پیش­گویی خوب این همچنین مفید است برای پشتیبانی تصمیم ­گیری در مورد حذف یک حسگر اگر خواندن یک حسگر ایجاد نمی­ کند ویژگی­هایی که اطلاعات خوب ارائه می­ کند پس حذف می­ شود. بطور کلی آنالیز تمام داده ثبت شده برای تشخیص فعالیت غیرضروری است. بنابراین داده ساده خام درون پنجره کوچک قبل از استخراج ویژگی استخراج می­کنیم. به منظور گرفتن اطلاعات بصورت مناسب از اطلاعات انسان و راحت باشد برای محاسبه مبتنی بر FFT از ویژگی­های دامنه-تکرار. طول پنجره مجموعه از خواهد بود. چهار اندازه متفاوت ۳۲، ۶۴، ۱۲۸و ۲۵۶ طول زمان مرتبط است با ۴ طول متفاوت پنجره بطور تقریبی ۱،۲،۴ و ۸٫۵ فرکانس فعالیت روزانه شان بصورت گسترده رنجی از ۱ تا ۱۸ هرتز دارد. بنابراین دوره زمانی۸٫۵ ثانیه می­پوشاند. کاهش بعد ویژگی (که می ­تواند به عنوان عملیات انتخاب ویژگی دیده شود) مهمترین روال قبل از دسته­بندی است. ابتدا بعضی از ویژگی­های بی­ارتباط یا زاید که نمی ­تواند اطلاعات پشتیبانی برای دسته­بندی آموزشی را ارائه کند، حذف
می­شوند. دسته­بندی کننده در فضای ابعاد بالاتر می ­تواند سخت و زمان بر باشد. بنابراین بهترین راه کاهش ابعاد مجددویژگی­ها قبل از انجام عملیات طبقه ­بندی می­باشد. معمولا قبل از اجرای الگوریتم دسته­بندی مراحل زیر انجام
می­ شود[۳۹]:

 

۲-۴-۳-۲-داده استاندارد وکاهش ابعاد ویژگی

ویژگی­های مورد استفاده بوسیله پژوهشگران برای دسته­بندی فعالیت­های انسان متنوع می­باشد. ویژگی­ها شامل حجم، تکرار، بهم پیوستگی می­باشد. نوع ویژگی حجم شامل ویژگی­هایی است که مبتنی بر مقادیر بزرگی از حسگرها می­باشد. ویژگی­ها در این طبقه بطور گسترده مبتنی بر مقادیر خام از حسگرها می­باشند آنها شتاب محور x، شتاب محور Yو شتاب محور Z می­باشند. ویژگی تکرار شامل ویژگی­هایی است که مبتنی بر مقادیر تکراری حسگر ویژگی­هاست.
ویژگی­های دامنه-زمان: بعضی از پژوهش­ها ویژگی­های دامنه-زمان را از پنجره داده شتاب بدست آورده­اند و معمولا آماری هستند شامل میانه، میانگین، واریانس و انحراف استاندارد، انحراف مطلق میانه وentropy ویژگی­های
دامنه-فرکانس: به منظور بدست آوردن ویژگی­های دامنه-تکرار پنجره ابتدا می­بایست داده حسگر به دامنه – تکرار تبدیل شود که معمولا با بهره گرفتن از FFT[7]انجام می­گیرد. خروجی FFT یک مجموعه درخت تصمیم می­باشد. این الگوریتم بوسیله امتحان کردن قابلیت تشخیص ویژگی­ها در یک زمان برای خلق یک مجموعه قوائد کار می­ کند که ضرورتا مجهز به یک سیستم دسته­بندی کامل می­ شود. از جمله[۸]FT و .DCT[9]سایر ویژگی­ها شامل آنالیز مولفه اصلی، آنالیز تفریق خطی و [۱۰]AR, HAAR می­باشند. Wangو همکاران در پژوهش خود ویژگی­هایی از جمله تعداد مشاهدات،
طولانی­ترین بعد­، مجموع مقادیر را مطرح نموده ­اند.
۲-۴-۴-الگوریتم­های تشخیص فعالیت
الگوریتم­های تشخیص فعالیت فعالیت­ها و عملیات­های متفاوت را براساس ورودی­ های کاربر دسته­بندی می­ کند [۴۰]. این الگوریتم­ها معمولا یا روی ایستگاه­های کاری[۱۱] یا موبایل هوشمند کاربر اجرا می­ شود. انتخاب الگوریتم دسته­بندی، مبتنی بر قابلیت پردازش پلت­فرم برای اجرای الگوریتم است. الگوریتم­های دسته بندی نظارت شده[۱۲] با نمونه­های برچسب شده برای خلق مدل دسته­بندی مجهز می­شوند. سپس مدل برای دسته­بندی داده ­های ورودی مورد استفاده قرارخواهد گرفت. این الگوریتم­ها شامل VN KNN ,SVM ,Decision Tree ,naïve-Bayes و…
الگوریتم­های نیمه نظارت شده[۱۳] شامل خودیادگیری[۱۴] و با هم یادگیری[۱۵] می­باشد [۴۱]. خودیادگیری از یک دسته­بندی کننده برای دسته­بندی داده غیربرچسب­گذاری شده استفاده می­ کند. با هم یادگیری از چندین دسته­بندی کننده برای داده غیربرچسب گذاری شده استفاده می­ کند. در این الگوریتم­ها قسمتی از داده بدون برچسب مورد استفاده قرار می­گیرد.

شکل۲- ۹-مدل­های تشخیص فعالیت [۴۱]

 

۲-۴-۴-۱-الگوریتم های خوشه­بندی

الگوریتم­های تشخیص فعالیت به دو دسته تقسیم می­شوند اولین مبتنی است بر روش­های یادگیری ماشین شامل
روش­های یادگیری نظارت شده و بدون نظارت [۴۲]. روش­های نظارت شده نیازمند استفاده از داده برچسب­گذاری شده با یک الگوریتم که آموزش شده روال­های عمومی با استفادهاز الگوریتم­های یادگیری نظارت شده برای تشخیص فعالیت شامل چندین مرحله است:

 

 

بدست آوردن داده نمایشی حسگر ازفعالیت­ها

تعیین ویژگی های داده ورودی و نمایش آنها