基于串联式一维神经网络的毫米波雷达动态手势识别方法

现有的基于雷达传感器的手势识别方法,大多先利用雷达回波对手势的距离、多普勒和角度等信息进行参数估计,得到各种数据谱图,然后再利用卷积神经网络对这些谱图进行分类,实现过程较为复杂.该文提出一种基于串联式1维神经网络(1D-ScNN)的毫米波雷达动态手势识别方法.首先基于毫米波雷达获取动态手势的原始回波,然后利用1维卷积和池化操作对手势特征进行提取,并将这些特征信息输入1维Inception v3结构.最后在网络的末端接入长短期记忆(LSTM)网络来聚合1维特征,充分利用动态手势的帧间相关性,提高识别准确率和训练收敛速度.实验结果表明,该方法实现过程简单,收敛速度快,识别准确率可以达到96.0％以上,高于现有基于数据谱图的手势分类方法.     

基于RDATM数据集的毫米波雷达动态手势识别系统设计

针对现有毫米波雷达手势识别研究中手势信息提取不充分的问题,提出一种基于RDATM三维参数数据集的手势识别方法。该方法先对获取的雷达手势回波数据进行预处理并进行动态手势检测,然后利用回波信号频谱信息构造距离-时间图(Range-Time Map, RTM),多普勒-时间图(Doppler-Time Map, DTM)和角度-时间图(Angle-Time Map, ATM),最后利用RTM、DTM、ATM构建RDATM数据集并送入基于VGG16网络改进的单分支卷积神经网络进行手势特征提取和分类。实验结果表明,利用RDATM数据集对6种手势的平均分类准确率可高达99.17%。且文中改进的网络相较于原VGG16模型对同类型数据集训练时间更短、分类准确率更高。     

基于多通道调频连续波毫米波雷达的微动手势识别

该文提出一种基于多通道调频连续波(FMCW)毫米波雷达的微动手势识别方法,并给出一种微动手势特征提取的最优雷达参数设计准则。通过对手部反射的雷达回波进行时频分析处理,估计目标的距离多普勒谱、距离谱、多普勒谱和水平方向角度谱。设计固定帧时间长度拼接的距离-多普勒-时间图特征,与距离-时间特征、多普勒-时间特征、水平方向角度-时间图特征和三者联合特征等,分别对7类微动手势进行表征。根据手势运动过程振幅和速度差异,进行手势特征捕获和对齐。利用仅有5层的轻量化卷积神经网络对微动手势特征进行分类。实验结果表明,相较其他特征,设计的距离-多普勒-时间图特征能够更为准确地表征微动手势,且对未经训练的测试对象具有更好的泛化能力。

     

基于时空压缩特征表示学习的毫米波雷达手势识别算法

针对现有无线射频信号的手势识别研究中的数据预处理和特征利用问题,该文提出一种用于调频连续波(FMCW)雷达的时空压缩特征表示学习的手势识别算法。首先对手部反射的毫米波雷达回波信号的距离-多普勒(RD)图进行静态干扰去除和动目标点筛选,减少杂波对手势信号的干扰,同时减少计算数据量;然后提出一种压缩手势时空特征的表示方法,利用动目标点的主导速度来表示手势的运动特征,实现多维特征的压缩映射,并保留手势运动的关键特征信息;最后设计了一个单通道的卷积神经网络(CNN)来学习和分类多维手势特征信息并应用于多用户和多位置的手势识别。实验结果表明,与现有其他手势识别算法相比,该文提出的手势识别方法在识别精度、实时性以及泛化能力上都具有明显的优势。     

基于UKF的毫米波雷达手势识别算法研究

本文提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的毫米波雷达干扰抑制的手势识别方法。首先根据原始雷达信号设置的采样点与线性调频信号数量,估计了目标的距离与多普勒参数。之后针对实际场景中类目标干扰较多的情况,设计了一套完整的基于UKF的场景类目标抑制方法,接着利用卷积神经网络（CNN）对不同手势距离?多普勒特征谱图进行提取和识别。实验结果表明,该抑制方法有效地解决了类目标干扰给手势识别带来的困扰,手势识别的平均准确率为98.74%,经过抑制干扰算法后准确率相较于干扰抑制之前提升了7.29%。     

基于双通道ＣＮＮ的ＦＭＣＷ雷达手势识别方法

为了提高对手势动作的分类能力,该文提出一种基于双通道卷积神经网络(CNN)的调频连续波（FMCW）雷达手势识别方法。首先利用具有一个发射天线两个接收天线的FMCW雷达对不同手势动作进行探测并收集到回波数据,之后对每个接收通道的回波数据进行预处理分别得到距离时间图、距离多普勒图与微多普勒时频谱图,然后将每个动作对应的三种彩色RGB图像进行堆叠。最后将堆叠后的彩色RGB图像输入到双通道CNN中进行手势特征提取和特征融合。实测数据处理结果表明所提基于双通道CNN手势识别方法对设计的八种手势动作的分类平均正确率为97.52%,与传统的单通道CNN相比有效地提高了对手势动作的分类能力。     

基于DenseNet和卷积注意力模块的高精度手势识别

非接触的手势识别是一种新型人机交互方式,在增强现实(AR)/虚拟现实(VR)、智能家居、智能医疗等方面有着广阔的应用前景,近年来成为一个研究热点。由于需要利用毫米波雷达进行更精确的微动手势识别,该文提出一种新型的基于MIMO毫米波雷达的微动手势识别方法。采用4片AWR1243雷达板级联而成的毫米波级联(MMWCAS)雷达采集手势回波,对手势回波进行时频分析,基于距离-多普勒(RD)图和3D点云检测出人手目标。通过数据预处理,提取手势目标的距离-时间谱图(RTM)、多普勒-时间谱图(DTM)、方位角-时间谱图(ATM)和俯仰角-时间谱图(ETM),更加全面地表征手势的运动特征,并形成混合特征谱图(FTM),对12种微动手势进行识别。设计了基于DenseNet和卷积注意力模块的手势识别网络,将混合特征谱图作为网络的输入,创新性地融合了卷积注意力模块(CBAM),实验表明,识别准确率达到99.03%,且该网络将注意力放在手势动作的前半段,实现了高精度的手势识别。     

基于小波神经网络的毫米波雷达目标距离像识别

给出一种隐层由小波基组成的神经网络用于实现频率步进毫米波雷达目标一维距离像的识别。利用小波变换所具有的良好的时频分析特性，实现了输入输出之间映射关系的多分辨学习。介绍了小波神经网络的数学框架及其误差反向学习算法。详细描述了用小波神经网络进行识别的步骤。将所提出的小波神经网络用于频率步进毫米波雷达目标一维距离像的识别。实验结果表明该方法对目标距离像的识别是有效的。     

基于FMCW雷达的双流融合神经网络手势识别方法

针对传统光学摄像头和无线技术的手势识别方法受光照环境影响和空间纵向、横向特征不全的问题,该文提出一种基于调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）雷达信号的双流融合神经网络（Two-Stream Fusion Neural Network,TS-FNN）手势识别方法.首先,利用二维快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）求取中频信号的频谱,估计手势的距离和速度,并利用多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）方法计算角度.其次,利用这三维参数在时间上的累积,将一个手势动作映射为32帧距离-速度矩阵图和角度时间图.最后,建立TS-FNN进行手势特征提取和特征融合.实验结果表明,TS-FNN方法与传统卷积神经网络相比,手势的平均识别准确率提升了约5%.     

基于FMCW雷达的多维参数手势识别算法

该文提出一种基于调频连续波(FMCW)雷达多维参数的卷积神经网络手势识别方法。通过对雷达信号进行时频分析,估计手势目标的距离、多普勒和角度参数,构建出手势动作的多维参数数据集。同时,为了进行手势特征提取和精确分类,提出多分支网络结构和高维特征融合的方案,设计出具有端到端结构的RDA-T多维参数卷积神经网络。实验结果表明,结合手势动作的距离、多普勒和角度信息进行多维参数学习,所提方法有效解决了单维参数手势识别方法中手势描述信息量低的问题,且手势识别准确率相较于单参数方法提高了5%～8%。

     

基于双视角时序特征融合的毫米波雷达手势数字识别研究

疫情常态化背景下,非接触式人机交互在医疗、健康领域蕴藏着巨大的应用前景,其中利用手势识别方法实现非接触式的仪器操控逐渐成为研究热点。对此,该文提出一种利用毫米波雷达双视角时序特征融合来实现手势数字识别的方法,以提高手势识别的鲁棒性和准确性。首先,该文同步采集正面、侧面视角的毫米波雷达手势数字0～9的时序回波数据;接着,对各视角的数据进行预处理,实现杂波抑制、数据压缩;随后提取两方向的距离、速度的时序特征,并就特征的时间相关性构建嵌入注意力机制的双视角时序特征融合网络(ADVFNet);最后,基于实测数据集完成了网络训练、时序特征融合、手势数字识别等步骤。实验结果表明,该文所提方法在实测数据集上识别准确率达到95%,网络收敛速度快、模型泛化能力好,与现有方法相比具有一定优势,为后续毫米波雷达人机交互提供了新思路。     

基于深度多尺度一维卷积神经网络的雷达舰船目标识别

为满足雷达舰船目标识别的高实时性和高泛化性的需求,该文提出了一种基于深度多尺度1维卷积神经网络的目标高分辨1维距离像(HRRP)识别方法。针对高分辨1维距离像特征提取难的问题,所提方法通过共享卷积核的权值,使用多尺度的卷积核提取不同精细度的特征,并构造中心损失函数来提高特征的分辨能力。实验结果表明,该模型可以显著提高目标在非理想条件下的识别正确率,克服目标姿态角敏感性问题,具有良好的鲁棒性和泛化性。     

基于深度卷积神经网络的气象雷达噪声图像语义分割方法

针对新一代多普勒气象雷达的散射回波图像受非降雨等噪声回波干扰导致精细化短时气象预报准确度降低的问题,该文提出一种基于深度卷积神经网络(DCNN)的气象雷达噪声图像语义分割方法。首先,设计一种深度卷积神经网络模型(DCNNM),利用MJDATA数据集的训练集数据进行训练,通过前向传播过程提取特征,将图像高维全局语义信息与局部特征细节融合;然后,利用训练误差值反向传播迭代更新网络参数,实现模型的收敛效果最优化;最后,通过该模型对气象雷达图像数据进行分割处理。实验结果表明,该文方法对气象雷达图像的去噪效果较好,与光流法、全卷积网络(FCN)等方法相比,该文方法对气象雷达图像中真实回波和噪声回波的识别准确率高,图像的像素精度较高。     

基于GFMM神经网络的雷达目标识别方法

新型的无师训练（General Fuzzy Min—Max，GFMM）神经网络是一种具备无师训练聚类识别能力的新型神经网络，它继承了原有GFMM网络的特点，在网络的拓扑结构和算法方面进行了较大的改进，增加了能够进行自适应在线学习的能力。基于无师训练GFMM神经网络的雷达目标识别方法完整地实现了雷达目标特征学习和识别的一体化过程。在某型对海警戒雷达舰船目标识别仿真应用实验中的结果表明：文中的方法优于其他传统的神经网络目标识别方法，在雷达目标识别方面具有良好的适用性。     

多尺度时空特征融合的动态手势识别网络

由于动态手势数据具有时间复杂性以及空间复杂性,传统的机器学习算法难以提取准确的手势特征;现有的动态手势识别算法网络设计复杂、参数量大、手势特征提取不充分。为解决以上问题,该文提出一种基于卷积视觉自注意力模型(CvT)的多尺度时空特征融合网络。首先,将图片分类领域的CvT网络引入动态手势分类领域,用于提取单张手势图片的空间特征,将不同空间尺度的浅层特征与深层特征融合。其次,设计一种多时间尺度聚合模块,提取动态手势的时空特征,将CvT网络与多时间尺度聚合模块结合,抑制无效特征。最后为了弥补CvT网络中dropout层的不足,将R-Drop模型应用于多尺度时空特征融合网络。在Jester数据集上进行实验验证,与多种基于深度学习的动态手势识别方法进行对比,实验结果表明,该文方法在识别率上优于现有动态手势识别方法,在动态手势数据集Jester上识别率达到92.26%。