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一種基于視覺輔助的毫米波雷達(dá)零樣本行為感知方法

專利號
CN119557753B
公開日期
2025-04-25
申請人
南京郵電大學(xué)(江蘇省南京市棲霞區(qū)文苑路9號)
發(fā)明人
肖婉; 盛碧云; 李佳賓
IPC分類
G06F18/2413; G06V10/34; G06V10/44; G06V10/80; G06V40/20; G06F18/213; G01S7/41; G01S13/86
技術(shù)領(lǐng)域
毫米波雷達(dá),毫米波,雷達(dá),毫米,類別,訓(xùn)練,屬性,卷積,樣本,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
地域: 江蘇省 江蘇省南京市

摘要

本發(fā)明屬于零樣本無線信號行為感知技術(shù)領(lǐng)域,公開了一種基于視覺輔助的毫米波雷達(dá)零樣本行為感知方法,同時收集包含各種不同動作類別的視頻和毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù),將毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測試集;分別提取視覺相關(guān)的全局及局部屬性,融合后得到最終各類別的屬性;構(gòu)建三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用于提取毫米波雷達(dá)信號中強(qiáng)辨識力的特征表達(dá),并將基于測試集得到的特征和各個不同類別屬性比較,得到該毫米波雷達(dá)信號的類別。本發(fā)明利用豐富的視覺樣本生成各種不同類別動作的屬性,設(shè)計三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取有強(qiáng)辨識力的毫米波雷達(dá)特征,并構(gòu)建屬性和毫米波雷達(dá)的關(guān)系,實現(xiàn)零樣本學(xué)習(xí)任務(wù),降低數(shù)據(jù)采集和訓(xùn)練成本,拓寬毫米波雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域。

說明書

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[0050] S5、構(gòu)建三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),如圖2所示,用于提取毫米波雷達(dá)信號中強(qiáng)辨識力 的特征表達(dá)。 [0051] 從原始的毫米波雷達(dá)信號中獲取距離?速度、距離?水平角、距離?俯仰角特征圖,并對這些特征圖進(jìn)行去噪等預(yù)處理操作;然后,將其輸入到三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中提取毫 米波雷達(dá)特征。具體地,假設(shè)預(yù)處理好距離?速度、距離?水平角、距離?俯仰角特征圖分別表示為 ,其中a、b、T分別表示為數(shù)據(jù)的高度、寬度以及時序長度。由于角 度維度的分辨率低,對 、 沿著時間維度,分別采用下采樣的方式降維,生成 ( ),指降維后的時序長度;然后,設(shè)計多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 作用 于 、 提取角度特征Fangle: [0052] , [0053] 其中,代表連接符;同理,可以得到速度特征: [0054] , [0055] 最后,融合 和 的特征,生成毫米波雷達(dá)信號的特征表達(dá)F。 [0056] S6、訓(xùn)練過程中,基于訓(xùn)練集獲取基于毫米波雷達(dá)信號的距離?速度、距離?水平 角、距離?俯仰角,將其輸入三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),得到基于訓(xùn)練集的毫米波雷達(dá)的特征表 達(dá);利用該毫米波雷達(dá)的特征表達(dá)和對應(yīng)類別的屬性構(gòu)建損失函數(shù),構(gòu)建兩者之間的投影 關(guān)系,訓(xùn)練三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。 [0057] 利用預(yù)先定義好的v個已知類別的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型,將毫米波雷達(dá)的特征投影到對 應(yīng)的屬性中,構(gòu)建損失函數(shù)L: [0058] , [0059] 其中, 指訓(xùn)練集中第yi個類別, ; 表示第 類訓(xùn)練樣本的語義屬性,N表 示第 類的訓(xùn)練樣本數(shù), 表示交叉熵?fù)p失; 表示第i個毫米波雷達(dá)信號的特 征表達(dá);第一項表示投影誤差,將雷達(dá)特征映射到視覺語義屬性;第二項表示從雷達(dá)特征預(yù) 測活動類型的交叉熵?fù)p失;表示投影損失和預(yù)測損失之間的權(quán)衡參數(shù)。 [0060] S7、測試過程中,基于測試集獲取基于毫米波雷達(dá)信號的距離?速度、距離?水平 角、距離?俯仰角,將其輸入到訓(xùn)練好的三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,得到基于測試集的毫米波 雷達(dá)的特征表達(dá),并將該毫米波雷達(dá)的特征表達(dá)和各個不同類別屬性比較,將距離最近的 類別視為該毫米波雷達(dá)信號的類別。 [0061] 實施例的該種基于元學(xué)習(xí)訓(xùn)練機(jī)制的跨域無線行為感知方法進(jìn)行實驗驗證如下: [0062] 在實驗室場景采集27類人體活動樣本,將其中的21類作為已知類別,用于模型訓(xùn) 練,剩余6類作為未知類別,用于性能測試。將實施例的該種基于視覺輔助的毫米波雷達(dá)零 樣本行為感知方法和現(xiàn)有技術(shù)中常用的兩種方法對比,實驗結(jié)果如圖3所示。由圖3結(jié)果可 以看出,當(dāng)語義屬性采用詞向量的方法、或者采用傳統(tǒng)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?長短時間記憶模型 (CNN?LSTM)從距離?速度圖信息(RV)中提取毫米波雷達(dá)特征的方法,其性能均低于實施例方法。 [0063] 本發(fā)明所述方法,利用現(xiàn)有的豐富的視覺信號刻畫不同類別的屬性特性,并用于 構(gòu)建毫米波雷達(dá)信號和類別之間的關(guān)聯(lián)性,創(chuàng)新性地提出屬性構(gòu)建方案和三通道毫米波雷 達(dá)特征提取方案,實現(xiàn)可靠的零樣本毫米波雷達(dá)感知算法。該框架能夠在不采集新類別的 毫米波雷達(dá)信號進(jìn)行訓(xùn)練的前提下,實現(xiàn)該類別的感知,能夠降低數(shù)據(jù)采集和訓(xùn)練成本、同 時拓寬毫米波雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域、推進(jìn)毫米波雷達(dá)感知從理論到實際的應(yīng)用。 [0064] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選方案,并非作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定,凡是利用本 發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的各種等效變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

權(quán)利要求

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7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于視覺輔助的毫米波雷達(dá)零樣本行為感知方法,其特征在于,S7具體為: 基于測試集數(shù)據(jù)獲取基于毫米波雷達(dá)信號的距離?速度、距離?水平角、距離?俯仰角,將其輸入到訓(xùn)練好的三通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,得到基于測試集的毫米波雷達(dá)的特征表達(dá); 然后利用余弦相似度計算毫米波雷達(dá)特征和屬性之間的相似度,通過逐個比較的方法,選擇出最接近的某個屬性,并將該屬性對應(yīng)的類別視為毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)的動作類別。
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