[发明专利]一种基于肢体层次结构的动作识别方法

权利要求书

1.一种基于肢体层次结构的动作识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)建立肢体的层次结构：

将人体骨架分为三层，人体骨架分解成肢体，并使用RRV描述符描述了每个肢体；

2)构建HRRV描述符：

将肢体假设为刚体，并且在刚体上附加一个局部三维坐标系来参数化其运动轨迹，然后使用RRV描述符对每个肢体进行运动表示，最后逐层顺序地将所有肢体的RRV描述符进行连接，构建一个单向量作为人体动作的HRRV描述符；

3)计算分层动作表示：

使用FV编码技术对HRRV描述符的统计特性进行编码，形成分层模型的动作表示，FV编码利用生成模型GMM拟合特征，然后对GMM模型的对数似然性相对于其模型参数的导数进行编码；

4)构建多层次肢体学习框架，挖掘同尺度下的显著性肢体和融合不同尺度下的特征：

通过在回归模型中构造混合范数正则化来实现同一尺度显著性肢体和不同尺度肢体的分组融合，在回归模型中，该混合范数同时在分层肢体特征相对应的权重中加入稀疏性和耦合效应。

2.如权利要求1所述的一种基于肢体层次结构的动作识别方法，其特征在于，所述步骤1)中，设人体骨架为P，将其分为三个层次，即P＝{p¹,...,p^L}，此处L＝3，在每一层上，骨架可被分解为一组运动肢体p^l，其中K_l＝|p_l|是集合p^l的基数，表示当前l层的肢体个数。

3.如权利要求1或2所述的一种基于肢体层次结构的动作识别方法，其特征在于，所述步骤2)中，构建HRRV描述符的过程为：

首先，人体肢体被合理地假设为运动刚体，为了在三维空间参数化刚体的运动轨迹，在刚体上附加一个局部三维坐标系{B}，并将局部坐标系的原点定义为刚体上的运动参考点；令刚体的运动轨迹为m(t)＝[Γ(t),Θ(t)],t∈[1,...N]，其表示的是刚体参考点的一组位置向量和局部坐标系{B}的一组方位向量，其中Γ(t)＝[x(t),y(t),z(t)]表示在t时刚体参考点在世界坐标{O}中的位置向量，Θ(t)代表局部坐标系{B}在t时相对于世界坐标的方位向量，由3×3的旋转矩阵R表示；

RRV描述符是一个由四元数和相对速度的组合向量，用于描述每个时刻肢体的旋转和平移：

其中四元数q(t)＝[q_w(t),q_x(t),q_y(t),q_z(t)]，表示肢体沿时间的旋转量，^{R}v_l(t)＝R(t)^Rv_g(t)表示局部相对速度，是通过将世界坐标系中肢体参考点的平方根速度矢量v_g(t)投影到局部坐标系中相对速度矢量而获得的局部相对速度，其定义为

根据欧拉旋转定理，一组连续的旋转量等效于围绕某一单位矢量旋转一个角度β的单个旋转量，因此，四元数提供一种简单的方法来编码这种轴角表示方法：

这种四元数表示参数通过肢体的旋转矩阵来求解，给定旋转矩阵单位矢量w通过下面的公式计算：

其中和trace(R)是指矩阵R的对角元素总和，向量q，标量β和矩阵R都为时间序列，这里为了表示方便，只是忽略了变量t的标示；

最后，逐层地将所有肢体的RRV描述符进行连接，从而构建成一个向量，作为人体动作的HRRV描述符，如下所示：