人体活动识别研究现状综述

徐越

摘要：人体活动识别（HAR）可以为许多不同的应用程序（例如医疗、安全和娱乐）提供基础服务，因此它越来越成为研究的热点。由于其重要性，已经开发了大量的HAR系统。通常，这些系统利用各种感知方式来获取与活动有关的信息，然后使用这些信息来推断人类正在进行的活动。在本文工作中，审查了不同类型的HAR技术并对每种类型的系统的其主要技术，特征，优势和局限性进行了讨论和总结。最后指出了HAR的主要研究挑战和研究方向。

关键词：人机交互;普时计算;活动识别

中图分类号：TP18 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）14-0221-02

1引言

根据感知活动的实现方法，现有的相关工作可以大致分为两类：一种是传统的活动识别方法，其利用各种传感器，如物理传感器、摄像头等;另一种方法是利用WiFi、RFID等无线信号的人体活动识别技术。接下来，对这两种类别分别进行详细介绍。

2传统活动识别方法

日常生活中，用户通过佩戴诸如运动手表，运动手环等传感器的方式来记录人体运动，大多数广泛使用的基于运动感测的方法需要将传感器放置在移动的身体部位上（例如，用于分析基于腿部的健身房锻炼，传感器需要放置在腿上）。这些基于数字设备的活动识别方法有其局限性：其一，用户需要无时无刻携带传感设备，这造成了用户穿戴的不便，还会影响运动的体验;其二，人体运动的识别受限于一系列狭窄的活动，例如，腿部的加速度计将无法感知手臂运动。虽然SizhenBianvl等人提出的基于人体电容的运动识别系统，描述了人体与环境之间无处不在的电耦合背后的物理原理：当设备连接到不直接参与活动运动的身体部位时，也可识别人体运动。但其仍无法克服用户佩戴麻烦的问题。

另一种传统方法是利用基于视频图像的计算机视觉技术来进行活动感知嘲。视觉是人类获取信息的一个重要手段：基于计算机视觉的人体行为识别技术，通过对视频图片的分析，提取人体运动信息。而在活动过程中，由于受到视角变化、光照变化、背景变化等多种因素的干扰，对真实场景下的人体运动分析仍然面临诸多挑战。与此同时，摄像头对于用户隐私的侵犯也是不可忽略的问题。

3使用无线信号进行活动识别

近年来，随着无线网络的快速发展，射频信号的作用已经从单一的通信介质扩展到非侵入式的环境传感工具，主要包括基于超声波;基于Wi-Fi;基于特殊射频信号的实现方式。利用无线信号进行人体行为识别，解放了用户的穿戴限制，拥有广阔的发展前景。其基本原理是射频信号通过多路径在无线介质中传播，反射不同物体并达接收器，因此携带有关环境的信息。人体是良好的反射体，通过分析接收到的射频信号模式和特征，我们可以检测人类活动和行为状态，如呼吸率，手势和跌倒等，这被称为非接触式或无设备人体感知过程。

3.1使用专用设备的无线信号

许多系统使用的是FMCW无线电设备，它配备了两个天线阵列：水平阵列和垂直阵列。Marko是一种自动收集与行为相关的数据而无需要求人们编写日记或佩戴传感器的系统。Marko发送低功率无线信号并分析其从环境中反射的信号。它将这些反射映射到用户如何与环境（例如，访问药品柜）以及彼此（例如，一起看电视）进行交互。

3.2使用Win进行活动识别

现如今，已经提出了一些基于WiFi的人类活动识别系统，大都是基于CSI工具来使得研究人员可以从无线数据包中提取物理层级别的CSI，这无须部署特殊硬件，但需要设置WiFi设备以高速率发送数据包即使在没有数据通讯的情况下。CARM是一种基于CSI的人类活动识别和监测系统，它有两个理论基础：CSI速度模型，量化CSI值动态和人体运动速度之间的相关陛;CSI活动模型，量化不同人体部位的运动速度与特定人类活动之间的相关性。速度模型方法背后的原理是当多路径的长度改变时，CFR功率根据路径长度变化而变化。

基于WiFi而现有的利用无线射频信号的人体行为识别技术中，利用改造商用Wi-Fi路由获取信道状态信息进行人体运动识别是最具前景的实现方式，但需要改变路由器发包速率导致影响信号通信，并且在室外环境下，这种可用性前提将大大降低。另外，在多个用户同时运动时，由于对信号的反射相关干扰，还会降低用户动作的识别准确度。

3.3使用RFID进行活动识别

使用RFID的系统可以将RFID标签连接到非生命物体中，其背后原理是捕捉无源标签的后向散射产生的频移。通过这种设计，系统可以知道用户访问了哪个对象以及它发生了什么。尽管这种系统不会直接监视人类活动，但它仍然可以工作，因为可以通过了解人类正在利用的对象来隐式推断许多活动。例如，如果我们知道熱水器已经打开，则可以推断出人类正在洗澡。而且它们很便宜，可以按需部署。

3结束语

本文是对活动识别方法的全面综述。根据传感技术，现有的活动识别系统主要可以分为两类：基于传统传感器和基于无线信号传感器的活动识别技术。其中，基于传统传感器的可以分为两个子类别：基于穿戴传感器和基于摄像头的技术。而基于无线信号的也可分为多种无线技术。本文讨论各个类型的HAR方法，对于每种单独的方法，介绍了其主要应用程序和技术。此外，还涵盖了它们的优缺点。利用无线信号对于用户的侵犯较低且不受光照，角度等条件的限制，具有广阔的发展前景，尤其是在5G到来的新曙光中。