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基于姿态分析的学生学习状态监测方法研究与实现

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基于姿态分析的学生学习状态监测方法研究与实现

作者：伍万杰西南大学

学位级别：硕士

随着我国教学模式的不断更新,教师在教学活动中的压力也随之增大。为了最大化地提高集体中每个学生的学习能力,就需要教师保持对每个学生的关注度,而在传统的课堂教学中,教师不可能对每个学生学习状态进行监控,这就导致一些学生不被教... 详细信息

随着我国教学模式的不断更新,教师在教学活动中的压力也随之增大。为了最大化地提高集体中每个学生的学习能力,就需要教师保持对每个学生的关注度,而在传统的课堂教学中,教师不可能对每个学生学习状态进行监控,这就导致一些学生不被教师关注,造成优者更优,差者更差的两极分化,这是传统教学中迫切需要解决的问题。本文的主要研究内容是通过对学生学习姿态的识别研究,实现课堂学习中学生的学习状态分类,并且设计了学生学习状态监测系统。具体研究内容如下:1.根据学生在课堂学习中专注、一般、不专注三种学习状态的特点提出了六种识别学习状态的特征动作,设计出了学习状态特征空间模型。2.分析了学生处于不同学习状态的学习姿态特点,提出了一种基于学习专注度评分的学习状态识别方法。3.设计了基于卷积神经网络的学习状态分类识别算法,进行了网络结构的设计、网络参数的调试和网络的训练,并对各个参数设置对结果的影响进行了实验,找到了最优的网络结构。通过实验,平均识别准确率达到81.5%,并得到了误差为±0.14的识别准确程度。4.设计了基于支持向量机的学习状态分类识别算法,描述了六种特征动作的识别方法,提出利用3个支持向量机的输出概率分类学习状态。最后通过基于支持向量机的学习状态分类实验得出对学习状态的平均识别准确率达到78.6%。5.本文将基于卷积神经网络的学习状态分类识别方法与基于支持向量机的学习状态分类识别算法进行融合,得出融合算法在单个学习状态的识别中的精准率均优于单一的分类算法,并且平均准确率达到83.3%。6.设计并完成了基于学生在课堂学习中学习姿态的学习状态监测分类系统。

关键词：学习状态姿态分析卷积神经网络支持向量机

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基于姿态分析和局部特征的人脸识别系统研究

基于姿态分析和局部特征的人脸识别系统研究

作者：张弘波西安电子科技大学

学位级别：硕士

作为模式识别领域的重要研究方向之一,人脸识别问题一直是人们关注的重点。伴随着近几年来深度学习技术的深入应用,人脸识别技术也取得了巨大的发展。但是相机采集的图像样本存在很多干扰因素,如局部遮挡、姿态变化等,影响了图像样本的... 详细信息

作为模式识别领域的重要研究方向之一,人脸识别问题一直是人们关注的重点。伴随着近几年来深度学习技术的深入应用,人脸识别技术也取得了巨大的发展。但是相机采集的图像样本存在很多干扰因素,如局部遮挡、姿态变化等,影响了图像样本的特征表达能力;除此之外,识别系统无法有效区分真实人脸和照片中的人脸,容易受到照片欺诈,以上因素都会对识别结果造成不利影响。本文以上述问题为出发点,提出了基于双姿态特征的人脸反欺诈算法,并将双姿态特征和局部特征融合到了人脸识别方法中,研究实现了一种具有一定反欺诈功能的综合人脸识别系统。主要工作如下:(1)提出了一种基于两张不同姿态人脸样本的人脸欺诈辨识算法。同一个体的立体人脸和照片人脸在刚体变换前后的成像结果存在显著区别。本文将目标人脸在不同姿态下的两张样本作为网络输入,综合比较两张样本在神经网络不同深度时的特征,结合透视成像原理估计出目标人脸的刚体变换特征,也称双姿态特征。双姿态特征源自目标人脸经刚体变换前后的成像差异,同时包含了一定的空间结构信息,实验证实双姿态特征可以用于辨识出立体人脸和用于欺诈的照片人脸,并取得了一定的效果。(2)设计了基于局部特征和双姿态特征融合的人脸识别算法。分析了局部五官的分布规律和细节特征。局部特征具备辅助人脸识别、补充全局特征的能力,能提高对样本遮挡的鲁棒性,这在诸如口罩遮挡、样本污损等场景下具有一定的现实意义。本章以人脸分类网络为基础构建了局部特征提取网络,输入包含五官的局部人脸样本,输出对应的局部特征向量;设计了多层级特征聚合的双姿态特征融合网络,得到融合了全脸特征和双姿态特征的复合全局特征向量;两种特征向量级联后输入人脸辨识神经网络,完成局部特征和双姿态特征的融合。通过实验证实了特征提取与融合的有效性,并取得了识别性能提升。(3)设计实现了一种具有一定反欺诈功能的综合人脸识别系统,其核心为照片欺诈辨识和人脸识别两个模块。照片欺诈辨识模块使用双姿态特征判断被测对象是真实人脸还是照片欺诈人脸;人脸识别模块通过对双姿态特征和人脸局部特征的融合,提升了识别性能,并具备一定的局部遮挡鲁棒性,这在当前肺炎疫情下人们日常戴口罩的场景中具有一定的实际意义。完成了系统的实现后,在真实场景中应用并证实了综合识别系统的实用性。

关键词：人脸识别系统深度学习姿态分析双姿态特征局部特征

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基于特征向量匹配的舞蹈实时姿态分析方法

计算机应用研究 2016年第12期33卷 3892-3896页

作者：韩丽王露晨张美超陈芙蓉辽宁师范大学计算机与信息技术学院辽宁大连116081

针对人体运动姿态可自由编辑的特性,提取人体骨架模型,建立人体运动姿态模型库,分析了运动捕捉系统在舞蹈训练中的应用,提出基于特征平面间相似性匹配的方法来计算模型各部件间运动数据参数。经过验证,该方法对于人体姿态的分析具有较... 详细信息

针对人体运动姿态可自由编辑的特性,提取人体骨架模型,建立人体运动姿态模型库,分析了运动捕捉系统在舞蹈训练中的应用,提出基于特征平面间相似性匹配的方法来计算模型各部件间运动数据参数。经过验证,该方法对于人体姿态的分析具有较高的准确性、鲁棒性,使得舞蹈演员能够准确地对比出与标准舞蹈动作的差异,为舞蹈者进行科学舞蹈训练提供了理论支持。

关键词：动作捕捉自由编辑骨架模型特征平面相似性匹配姿态分析科学训练

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基于姿态分析的摔倒检测研究与实现

基于姿态分析的摔倒检测研究与实现

作者：高苗上海师范大学

学位级别：硕士

随着人口老龄化问题的加重,摔倒检测的研究具有十分重要的意义。基于视频的摔倒检测方法因为其便捷高效的特点,已成为摔倒检测领域的研究热点。本文通过分析人体姿态特征,对基于人体姿态特征的摔倒检测方法进行了研究。在运动目标提取方... 详细信息

随着人口老龄化问题的加重,摔倒检测的研究具有十分重要的意义。基于视频的摔倒检测方法因为其便捷高效的特点,已成为摔倒检测领域的研究热点。本文通过分析人体姿态特征,对基于人体姿态特征的摔倒检测方法进行了研究。在运动目标提取方面,本文研究分析Vi Be算法后,采用改进的Vi Be算法进行前景目标提取。该改进算法能有效克服原Vi Be算法中出现的“鬼影”和“空洞”现象等缺陷。该算法是以多帧图像求平均的方法来构建虚拟背景,然后再进行背景建模,以自适应的半径阈值代替原Vi Be算法中的固定阈值,然后把检测到的闪烁像素点剔除并填充前景区域。对比原Vi Be算法,该改进算法能有效消除“鬼影”现象,提取前景目标也更加完整。对人体姿态特征进行分析,选取人体宽高比、高度变化率、方向角度和运动历史图这四个特征来进行摔倒判断。先通过宽高比这一特征来排除掉正常行走的情况,大大降低了算法的复杂度;然后利用人体高度变化率来进一步检测,能避免偶然磕碰未摔倒情况带来的误检现象的发生;接着通过方向角度的大小进一步判断人体的姿态;最后通过运动历史图的相关特点,判断人体的整体运动方向以及运动的速度,最终判断摔倒情况是否发生。在算法实现的基础上,本文基于MFC设计一个可视化显示界面,使实验结果图显示在同一个界面,具有良好的稳定性和扩展性。通过选择按键来进行操作,人机交互方便,便于操作和管理。实验结果表明,本文提出的摔倒检测方法准确率达92.5%,每帧耗时39ms,具有较好的实时性,能应用于智能家居中,有一定的实用价值。

关键词：摔倒检测改进的ViBe算法姿态分析多特征检测

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基于多视场信息的运动物体姿态分析

基于多视场信息的运动物体姿态分析

作者：王静中国科学技术大学

学位级别：硕士

近十几年来,随着航天航空、军事武器等领域的蓬勃发展,在多视场下对运动物体进行姿态分析十分重要。姿态参数不仅能反映运动物体的运动状态,同时对分析运动物体的各项物理参数,实验判定及排除故障危险等问题具有极其重要的现实意义。本... 详细信息

近十几年来,随着航天航空、军事武器等领域的蓬勃发展,在多视场下对运动物体进行姿态分析十分重要。姿态参数不仅能反映运动物体的运动状态,同时对分析运动物体的各项物理参数,实验判定及排除故障危险等问题具有极其重要的现实意义。本文基于此对目前姿态分析的研究现状进行了详细的介绍,以飞行器为研究对象,设计了基于级联卷积网络的关键点定位算法,以及基于BP神经网络的姿态角回归算法,并在多视场环境下对运动物体飞行器进行了实验验证。本文的主要研究内容和创新之处概括如下:1)针对运动物体的姿态分析问题,结合运动物体的几何特性,提出一种将运动物体的坐标信息作为输入特征,姿态角信息作为输出标签的算法模型,提高了姿态分析模型的训练精度与速度。2)以飞行器为例进行分析,首先基于级联卷积网络思想,设计了一种定位二维图像上目标物体关键点的算法,并引入距离度量,对传统损失函数进行改进。同时,基于BP神经网络设计了姿态角回归算法,采用平均绝对误差、拟合系数等评价标准评估模型。仿真实验表明,本文设计的姿态分析算法中预测的姿态角的平均绝对误差可控制在0.6°-1.6°间,约有98.91%样本的预测姿态角与真实姿态角的绝对误差可控制在3°内,相比于传统姿态分析算法,具有更高的预测精度。3)搭建多视场实验装置,评估本文设计的姿态分析算法在多视场环境下的预测精度。将预处理后的多个视频序列输入至训练完成的算法模型中,预测其目标物体的姿态角。实验结果表明,在多视场环境下,能较精准的预测运动物体的姿态角变化情况。

关键词：多视场姿态分析关键点定位级联卷积网络 BP神经网络

多特征光流跟踪人体关节点的运动员姿态分析模型

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科技通报 2017年第12期33卷 133-136页

作者：季刚张南九江学院江西九江332000

为了提高运动员姿态分析的精确性,以量化运动员视频数据进行训练反馈,本文采用图像处理技术对运动员视频进行处理,提出了一种多特征光流跟踪人体关节点的运动员姿态分析模型。首先采用垂直积分投影、水平线扫描、索引查找表和长度比例... 详细信息

为了提高运动员姿态分析的精确性,以量化运动员视频数据进行训练反馈,本文采用图像处理技术对运动员视频进行处理,提出了一种多特征光流跟踪人体关节点的运动员姿态分析模型。首先采用垂直积分投影、水平线扫描、索引查找表和长度比例约束相融合的多特征算法进行关节点提取,然后采用Lucas-Kanade光流跟踪算法对关节点的运动进行初步跟踪,最后采用比例正交投影模型将人体二维骨架模型变换到三维空间,获得人体三维姿态。模型仿真实验结果表明,本文所提出的动作识别及姿态分析系统可以很好地识别人体动作,从而进行运动分析,为体育运动训练提供可视化的帮助。

关键词：多特征融合光流跟踪算法关节点提取比例正交投影模型姿态分析运动员训练

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基于目标边缘轮廓偏振特征的姿态分析初探

红外与毫米波学报 2016年第6期35卷 758-765页

作者：陈伟力孙秋菊王淑华武敬力陈艳李军伟许元男北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854 信阳师范学院物理电子工程学院河南信阳464000

通过微面元理论的函数模型,基于红外偏振辐射传输方程,推导分析红外偏振角与目标表面折射率、反射率及探测角度等关系的数学模型,通过合理简化模型仿真得出偏振角随入射角的单调变化曲线;开展红外偏振成像试验,试验数据分析与仿真结果一... 详细信息

通过微面元理论的函数模型,基于红外偏振辐射传输方程,推导分析红外偏振角与目标表面折射率、反射率及探测角度等关系的数学模型,通过合理简化模型仿真得出偏振角随入射角的单调变化曲线;开展红外偏振成像试验,试验数据分析与仿真结果一致,这表明:目标边缘轮廓的偏振角特征与探测波长的相关性可以忽略,在目标与背景辐射相差较小的情况下,采用光谱辐射亮度对比度的方法无法区分目标,而通过偏振角对比度可以明显区分-目标边缘特征,并提出通过基于目标几何特征以及探测位置,反演解算目标的姿态信息的新方法.

关键词：红外偏振成像红外偏振传输方程偏振角特征姿态分析

基于动作捕捉技术的舞蹈姿态分析与教学方法研究

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基于动作捕捉技术的舞蹈姿态分析与教学方法研究

作者：王露晨辽宁师范大学

学位级别：硕士

近年来随着人体运动仿真技术、虚拟现实技术的迅猛发展,人与计算机之间自然的相互配合是计算机领域研究的主要形式。运动捕捉系统能够实时的对人体运动进行追踪、检测、捕捉并记录,通过对捕捉的三维数据进行分析,能够获得在不同时刻下... 详细信息

近年来随着人体运动仿真技术、虚拟现实技术的迅猛发展,人与计算机之间自然的相互配合是计算机领域研究的主要形式。运动捕捉系统能够实时的对人体运动进行追踪、检测、捕捉并记录,通过对捕捉的三维数据进行分析,能够获得在不同时刻下人体运动姿态的不同特征。因为动作捕捉技术潜在的研究与实用价值,目前多被应用于动画视频制作、康复医疗、体育训练、游戏软件制作等前沿领域,有效的实现了三维世界与现实世界的联系。然而,将动作捕捉技术与学校的教学活动相结合的应用还不全面,本文为了验证动作捕捉技术与教学相结合的有效性与可行性,以舞蹈教学为基础,提出了基于特征向量匹配的舞蹈姿态分析方法,并应用于舞蹈教学,有效的改善了教育教学活动。主要的研究工作包括以下几个内容:(1)根据人体运动姿势的特点--自由编辑,提取人体骨骼模型,建立人体运动模型数据库,分析了运动捕捉系统在舞蹈训练中的应用,提出特征平面相似度匹配的方式来计算模型各部件间运动参数。经过验证,该方法对于人体姿态的分析具有较高的准确性、鲁棒性,使得舞蹈演员能够准确的对比出与标准舞蹈动作的差异,为科学舞蹈训练提供了理论支持。(2)针对学习舞蹈的复杂性,提出基于动作捕捉技术的舞蹈教学方法,利用动作捕捉技术将一整段复杂的舞蹈动作分解成很多小段,制成教学动画,指导学生根据小段舞蹈动作进行学习模仿,使抽象的理论变得生动、直观、易懂,有利于教育教学方法的创新。综上所述,本文主要将动作捕捉技术与舞蹈教学模式相结合,提出了有效的数据处理方法以及实现途径,并在大量的实验数据的验证下,验证了方法的有效性与可行性,对舞蹈的数字化教学的实现具有重要意义。

关键词：姿态分析运动捕捉特征平面相似性匹配舞蹈教学

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水下滑翔机纵垂面运动姿态分析

海洋测绘 2016年第4期36卷 76-79页

作者：魏建仓杨广泽王洪达沙冶郑云鹏天津深之蓝海洋设备科技有限公司天津300457

在水下滑翔机的设计过程中,为了能够预先估计其水动力特性和操纵特性,避免大量的约束模型实验,需要建立动力学模型以仿真分析水下滑翔机的动力学行为。动力学建模是研究水下滑翔机水动力特性的理论基础,是运动控制的分析依据。通过软件... 详细信息

在水下滑翔机的设计过程中,为了能够预先估计其水动力特性和操纵特性,避免大量的约束模型实验,需要建立动力学模型以仿真分析水下滑翔机的动力学行为。动力学建模是研究水下滑翔机水动力特性的理论基础,是运动控制的分析依据。通过软件来模拟滑翔机上浮/下潜平衡状态的姿态,并对其进行受力分析得出此姿态对应的理论俯仰角,与实验数据进行了对比,结果基本吻合,为水下滑翔机的设计与控制提供了参考。

关键词：水下滑翔机姿态分析纵垂面浮心计算俯仰角