融合注意力机制的多视图卷积手势识别研究

基于表面肌电信号（sEMG）的手势识别在人机交互中发挥着重要作用,然而,由于sEMG具有非线性和随机性,因此提升基于稀疏多通道sEMG的手势识别准确率难度较高。提出一种融合注意力机制的多视图卷积手势识别模型。首先使用200 ms滑动窗口提取经典的sEMG特征集构建多视图输入,其次利用高效通道注意力对多视图特征在通道维度进行加权,以强化有效特征同时弱化无效特征,最后通过多视图卷积从带有注意力权重的肌电特征中提取高层特征,利用高层特征融合模块对其进行融合以降低数据维度并提高模型鲁棒性。在NinaPro DB1、NinaPro DB5、NinaPro DB7 3个肌电公共数据集上进行训练和评估,结果表明,该模型在200 ms滑动采样窗口上的平均识别准确率分别为87.98%、94.97%和89.67%,整段手势动作的平均投票准确率分别为97.38%、98.41%和97.09%,平均信息传输率为1 308.71 bit/min。与传统机器学习方法和近年来前沿的深度学习手势识别方法相比,所提模型在单模态肌电和多模态手势识别上均具有更高的识别准确率,验证了其有效性和通用性。     

肌电信号多通道相关性特征手势识别方法

多通道表面肌电信号（surface electromyography,sEMG）传统手势识别方法,主要提取各个通道时域、频域和时频域特征作为分类器的输入,鲜有考虑通道间的相关性,在提升识别精度上遇到瓶颈。为了充分利用sEMG多通道信息以提高手势识别精度,提出一种以多通道相关性为特征的肌电手势识别方法。该方法计算多通道间一致性相关系数,作为多通道sEMG线性相关特征参数,同时获取多通道间的互信息,作为多通道sEMG非线性相关特征参数。实际运用中精确估计联合概率密度函数往往十分困难,根据互信息与copula熵关系,将互信息估计转化为copula熵的估计,通过经验分布函数进行概率积分变换,采用非参数估计方法估计copula熵,从而避免联合概率密度函数的估计。利用两种相关性特征参数构建多通道相关性特征进行对比实验,基于stacking模型使用多通道相关性特征与4种常用时域特征进行识别并对比结果,其次基于多通道相关性特征使用stacking模型与5种常用分类器进行对比识别,实验结果表明所提的多通道相关性特征能有效区分手势动作,在采集的健康受试者手势数据集上平均识别准确率达到94%。     

基于残差双注意力与跨级特征融合模块的静态手势识别

为解决卷积神经网络提取特征遗漏、手势多特征提取不充分问题,本文提出基于残差双注意力与跨级特征融合模块的静态手势识别方法.设计了一种残差双注意力模块,该模块对ResNet50网络提取的低层特征进行增强,能够有效学习关键信息并更新权重,提高对高层特征的注意力,然后由跨级特征融合模块对不同阶段的高低层特征进行融合,丰富高级特征图中不同层级之间的语义和位置信息,最后使用全连接层的Softmax分类器对手势图像进行分类识别.本文在ASL美国手语数据集上进行实验,平均准确率为99.68%,相比基础ResNet50网络准确率提升2.52%.结果验证本文方法能充分提取与复用手势特征,有效提高手势图像的识别精度.     

一种基于循环时空深度神经网络的手势识别方法

针对表面肌电信号解码模型因缺乏时空信息等重要性表征,面临解码精度低、鲁棒性差等问题,提出了一种基于循环时空深度神经网络的手势识别模型,来提高挖掘表面肌电信号的表征能力。首先,设计多通道卷积神经网络,并融入双向循环神经网络来提取强判别力的时空特征信息。其次,采用通道注意力机制来捕捉时空特征中通道重要性信息,设计基于时空特征的注意力模块以进一步增强时空特征信息。同时,基于特征金字塔网络思想来设计多尺度特征融合模块,从多尺度、多角度获取多级特征信息,提高模型对肌电信号的解码能力。最后,将所提出的手势识别模型在大型手势识别数据库Ninapro上进行测试,结果表明所提方法能有效提高对表面肌电信号的表征挖掘能力,为人体手势动作识别的深度学习建模工作提供借鉴意义。     

基于深度神经网络的sEMG手势识别研究

为了提高表面肌电信号（sEMG）手势识别算法的准确性,并解决人为提取大量特征具有局限性的问题,提出了一种基于深度神经网络的手势识别方法。将MYO臂环采集到的8通道sEMG数据,采用活动段分割的方法探测到有效动作;设计出一种融合卷积神经网络（CNN）和长短时记忆（LSTM）网络的神经网络;实验的结果表明手势识别准确率为91.6%,验证了提出的方案高效可行。     

基于多源信息融合的手势智能交互系统

利用表面肌电信号（surface ElectroMyoGraphy， sEMG）设计了一个提高分类准确性和快速性的识别系统，用于捕获手势动作并进行人机交互.首先，基于无线肌电测量系统和飞行器自主搭建了智能交互平台；接着，采用滑动时间窗的方法对原始sEMG信号设计短时能量阈值进行信号活动段始末点的确定，从而抑制了动作刚执行时趋势段对识别结果的影响；然后，利用时域统计分析对sEMG信号进行特征分析，并提出了一种融合加速度特征信息和sEMG信号的方法来建立5种手势的分类模型.与仅使用sEMG信息源的方式相比，此方法提高了识别准确率.最后，手势控制飞行器运动的实验证明了本方法的可行性和有效性.     

基于卷积注意力机制的运动想象脑电信号识别

针对多类别运动想象脑电信号识别精度不高的问题,提出了一种融合注意力模块的卷积神经网络模型。该模型利用注意力模块充分挖掘脑电信号的通道和空间特征,建立其与识别任务之间的重要程度关系,从而提高运动想象脑电信号的识别准确率。信号经过共空间模式提高信噪比,利用小波变换将信号转换成二维时频图,通过注意力模块中通道和空间两个维度进行特征的调整,以强化有用特征弱化无用特征,使卷积网络充分提取更高层次的抽象特征,并最终执行运动想象任务的识别。分别在BCI竞赛IV Datasets 2a和BCI竞赛III-IIIa数据集上进行了有效性评价,并与卷积神经网络以及其他算法进行了比较。实验结果表明,提出的方法可达到良好的准确率,能够有效提高脑电信号运动想象任务的识别准确率。     

基于LightGBM的改进表面肌电信号手势识别研究

为了提升表面肌电信号(sEMG)手势动作识别的准确性和训练效率,提出一种基于LightGBM的手势识别模型.传统的GBDT算法训练效率较低,准确率无法快速提升,LightGBM算法采用基于梯度的单侧采样和互斥特征捆绑改进性能,具有训练速度快、占用内存低、分类准确率高的优势.将臂环采集到的8通道sEMG数据按时间顺序进行...     

双通道卷积神经网络在静态手势识别中的应用

针对静态手势识别任务中,传统基于人工提取特征方法耗时耗力,识别率较低,现有卷积神经网络依赖单一卷积核提取特征不够充分的问题,提出双通道卷积神经网络模型。输入手势图片通过两个相互独立的通道进行特征提取,双通道具有尺度不同的卷积核,能够提取输入图像中不同尺度的特征,然后在全连接层进行特征融合,最后经过softmax分类器进行分类。在Thomas Moeslund和Jochen Triesch手势数据库上进行实验验证,结果表明该模型提高了静态手势识别的准确率,增强了卷积神经网络的泛化能力。     

融合多尺度特征的脑电情感识别研究

基于单尺度二维、三维卷积的脑电情感识别算法存在原始信号映射到高维特征矩阵过程中信息易丢失、模型参数量大、提取特征相对单一等问题。提出多尺度金字塔交互注意力残差网络（MPIAResnet）。利用多尺度一维卷积核直接提取原始脑电信号的多尺度空间特征,将标准卷积替换为分组卷积,相比二维、三维卷积具有更少的参数量,同时利用通道交互注意力机制优化特征提取过程。在此基础上,与双向GRU(BiGRU)融合组成MPIAResnetBiGRU网络,进一步提取脑电信号的上下文语义信息,实现脑电信号的时空特征融合。基于公开数据集DEAP的实验结果表明:在受试者依赖实验中,该模型Valence和Arousal维度识别准确率达到97.60%和98.15%,相比单尺度模型提升8.56和8.36个百分点;在小批量训练集实验中,当训练集占比为30%时,测试集准确率依然可以保持在90%以上;在分频带实验中,2个高频带信号识别准确率优于低频带信号,证明了模型的有效性;而在受试者全部参与实验中,该模型的识别准确率也均优于对比方法。     

结合注意力机制与特征融合的静态手势识别算法

卷积神经网络在手势识别领域应用广泛,但现有的卷积神经网络存在特征表征不足的问题,导致手势识别精度较低。提出一种轻量级静态手势识别算法r-mobilenetv2,通过串联通道注意力与空间注意力,将两者输出的特征图以跳跃连接的形式线性相加,得到一种全新的注意力机制。使用一维卷积调整低层特征的通道维度,将低级特征与经过上采样的高层特征进行空间维度匹配及通道维度匹配,并进行线性相加,其结果经卷积操作后与高层特征按通道维度连接,从而实现特征融合。在此基础上,将所提注意力机制与特征融合相结合,并用于改进后的轻量级网络MobileNetV2中,得到r-mobilenetv2算法。实验结果表明,与MobileNetV2算法相比,r-mobilenetv2算法的参数量降低了27%,错误率下降了1.82个百分点。     

复杂环境下基于改进YOLOv5的手势识别方法

针对目前复杂环境下因光照不均匀、背景近肤色以及手势尺度较小等原因导致的手势检测算法识别率低的问题,提出了一种手势识别方法 HD-YOLOv5s。首先采用基于Retinex理论的自适应Gamma图像增强预处理方法降低光照变化对手势识别效果的影响;其次构建具有自适应卷积注意力机制SKNet的特征提取网络,提高网络的特征提取能力,减少复杂环境中的背景干扰问题;最后在特征融合网络中构建新型的双向特征金字塔结构,充分利用低层级特征以降低浅层语义信息的丢失,提高小尺度手势的检测精度,同时采用跨层级联的方式,进一步提高模型的检测效率。为了验证改进方法的有效性,分别在具有丰富光照强度对比的自制数据集和具有复杂背景的公共数据集NUS-Ⅱ上进行实验,识别率达到了99.5%和98.9%,单帧照片的检测时间仅需0.01～0.02 s。     

基于时序二维化和卷积特征融合的表面肌电信号分类方法

针对传统模式识别方法在表面肌电信号(sEMG)分类时容易忽略非线性、时序性等特征的问题,文中提出基于时序二维化和卷积特征融合的分类方法.通过格拉姆角场转换实现时序二维化,保留sEMG原始时间序列的时间依赖性和相关性.为了在突出局部信息的同时充分保留细节信息,引入胶囊网络与卷积神经网络共同提取特征,并进行特征融合,实现不同条件下的手势识别.对比多种分类方法的实验表明,文中方法可以有效增强电极偏移情况和面向新对象时手部动作的整体识别水平,具有较强的鲁棒性.     

一种复合型手势识别方法研究

针对已有卷积神经网络在手势识别过程中精度不高的问题,提出了一种双通道卷积神经网络的特征融合与动态衰减学习率相结合的复合型手势识别方法。通过两个相互独立的通道进行手势图像的特征提取,首先使用SENet（Squeeze-and-Excitation Networks）构成的第一通道提取全局特征,然后使用RBNet（Residual Block Networks）构成的第二通道提取局部特征,并将全局特征和局部特征进行通道维度上的融合。同时,利用动态衰减的学习率训练双通道网络模型。与其他卷积神经网络模型的对比实验结果表明,提出的复合型手势识别方法的手势识别率高,参数数量少,适用于不同手势图像数据集的识别。     

基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别

针对传统卷积神经网络在人脸表情识别过程中存在有效特征提取针对性不强、识别准确率不高的问题,提出一种基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别方法。用两层卷积层提取浅层特征信息;在Inception结构基础上并行加入空洞卷积,用来提取人脸表情的多尺度特征信息;引入通道注意力机制,提升模型对重要特征信息的表示能力;最后,将得到的特征输入Softmax层进行分类。通过在公开数据集FER2013和CK+上进行仿真实验,分别取得了68.8%和96.04%的识别准确率,结果表明该方法相比许多经典算法有更好的识别效果。     

基于多特征加权融合的静态手势识别

针对人工提取特征的单一性及卷积神经网络提取特征的遗漏性问题,提出了一种基于多特征加权融合的静态手势识别方法.首先,提取分割后的手势图像的傅里叶和Hu矩等形状特征,将两者融合作为手势图像的局部特征;设计双通道卷积神经网络提取手势图像的深层次特征,采用主成分分析方法对提取的特征进行降维;然后,将提取的局部特征和深层次特征进...