手势识别Electromyography-Based Gesture Recognition: Hierarchical Feature Extraction for Enhanced Spatial

论文作者:Jungpil Shin,Abu Saleh Musa Miah,Sota Konnai,Shu Hoshitaka,Pankoo Kim

作者单位:The University of Aizu;Chosun University

论文链接:http://arxiv.org/abs/2504.03221v1

内容简介:

1)方向:手势识别

2)应用:手势识别

3)背景:基于sEMG的手势识别面临着不稳定的预测和时间变化特征增强不足的挑战。现有方法在处理信号的时间变化特征时效果不佳,难以有效捕捉手势的复杂动态变化。

4)方法:为了解决这些问题,提出了一种多分支的深度学习模型,包含三个分支来提取层次化特征,捕捉全局和细致的空间时间关系。第一个分支使用双向时间卷积网络(Bi-TCN),通过建模过去和未来的时间上下文来捕捉长期时间依赖关系。第二个分支结合了1D卷积层、可分离卷积网络(CNN)和挤压与激励(SE)模块,有效提取空间时间特征,并强调关键特征通道,增强特征的相关性。第三个分支则结合时间卷积网络(TCN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM),捕捉双向时间关系和时间变化模式。所有分支的输出通过拼接融合,进一步使用通道注意力模块进行优化,聚焦于最具信息量的特征,同时提高计算效率。

5)结果:该模型在Ninapro DB2、DB4和DB5数据集上进行测试,分别取得了96.41%、92.40%和93.34%的准确率。这些结果表明,所提出的系统能够有效处理复杂的sEMG动态变化,为假肢控制和人机接口技术提供了进步,具有重要的辅助技术应用前景。

变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)是一种强大的非线性、无参数信号处理技术,专门用于复杂非平稳信号的分析与分解。它由Eckart Dietz和Herbert Krim于2011年提出,主要针对传统傅立叶变换在处理非平稳信号时的不足。VMD的核心思想是将复杂信号分解为一系列模态函数(即固有模态函数,IMFs),每个IMF具有独特的频率成分和局部特性。这一过程与小波分析或经验模态分解(EMD)类似,但VMD通过变分优化框架显著提升了分解的稳定性和准确性。 在MATLAB环境中实现VMD,可以帮助我们更好地理解和应用这一技术。其核心算法主要包括以下步骤:首先进行初始化,设定模态数并为每个模态分配初始频率估计;接着采用交替最小二乘法,通过交替最小化残差平方和以及模态频率的离散时间傅立叶变换(DTFT)约束,更新每个模态函数和中心频率;最后通过迭代优化,在每次迭代中优化所有IMF的幅度和相位,直至满足停止条件(如达到预设迭代次数或残差平方和小于阈值)。 MATLAB中的VMD实现通常包括以下部分:数据预处理,如对原始信号进行归一化或去除直流偏置,以简化后续处理;定义VMD结构,设置模态数、迭代次数和约束参数等;VMD算法主体,包含初始化、交替最小二乘法和迭代优化过程;以及后处理,对分解结果进行评估和可视化,例如计算每个模态的频谱特性,绘制IMF的时频分布图。如果提供了一个包含VMD算法的压缩包文件,其中的“VMD”可能是MATLAB代码文件或完整的项目文件夹,可能包含主程序、函数库、示例数据和结果可视化脚本。通过运行这些代码,可以直观地看到VMD如何将复杂信号分解为独立模态,并理解每个模态的物理意义。 VMD在多个领域具有广泛的应用,包括信号处理(如声学、振动、生物医学信号分析)、图像处理(如图像去噪、特征提取)、金融时间序列分析(识
### 下载 NinaPro DB5 数据集 为了获取 NinaPro DB5 数据集,通常需要遵循特定的流程来确保合法性和数据使用的合规性。该数据集由多个部分组成,包含了丰富的表面肌电图(sEMG)信号和其他生物医学信号的数据。 #### 访问权限申请 访问 NinaPro 数据库一般要求研究人员先注册并获得授权。这可以通过访问 NinaPro 官方网站完成,在那里可以找到有关如何请求访问权限的具体指南[^1]。 #### 数据下载步骤概述 一旦获得了必要的许可,就可以通过官方提供的链接或者FTP服务器地址下载所需的数据文件。这些资源可能包括原始记录、预处理后的特征以及用于验证模型性能的标准测试集合等材料。 #### 文件格式说明 NinaPro 提供的数据通常是结构化的二进制文件或者是 CSV/TSV 这样的表格形式。对于 DB5 而言,其具体的内容和组织方式会在相关文档中有详细的解释,建议仔细阅读随附的手册以便更好地理解所得到的信息。 ```python import requests from pathlib import Path def download_ninapro_db5(output_dir='data'): url = 'http://example.com/path_to_ninapro_db5' # 替换成实际URL output_path = Path(output_dir) / 'db5.zip' response = requests.get(url, stream=True) with open(output_path, 'wb') as file: for chunk in response.iter_content(chunk_size=8192): file.write(chunk) download_ninapro_db5() ``` 请注意上述代码仅为示例用途,真实情况下应当依据官方网站给出的确切路径进行操作。
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