一种低成本、分布式的基于RFID的人体动作识别方法及系统

本发明涉及信息科学，尤其涉及一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着无线和移动设备及其应用程序迅速增长，人体动作识别的研究以指数速度发展。人体动作识别使用户能够与智能环境进行互动，监控用户的日常活动，并推断他们的健康状况。例如，通过监测老年人的活动，可以追踪他们的健康状况和行为变化，并在发生意外时提供及时帮助。动作识别已被广泛应用于医疗保健、运动活动识别、家庭康复等各个领域的应用中。最近的研究尝试利用市场上各种商用设备构建活动识别系统，以实现这些应用。

2、现有的人体动作识别方案主要使用摄像机、动作传感器或其他专用传感器。

3、（1）基于穿戴式传感器的检测方案的缺点：

4、基于穿戴式传感器的检测方案需要将传感器与身体直接接触，要求传感器穿戴在身上才能进行检测，对设备的穿戴稳定性有较高的依赖。而且，时刻需要穿戴传感器会给使用者带来不方便，尤其是残疾人或者行动不便的老人。其次，目前的大多数穿戴设备并不具备设备端的数据处理，这就要求穿戴设备保持不间断的通信连接，才能实时地将传感器数据上传至云端进行处理。

5、（2）基于摄像头的检测方案的缺点：

6、基于摄像头的图像检测方案非常依赖于环境的光照条件。首先，在暗光条件下，摄像头较难获取清晰的图像将会降低人体动作检测的准确率。其次，摄像头依赖直线视距路径，一旦摄像头与被检测目标之间有其他物体遮挡，检测将无法进行。更重要的是，基于摄像头和深度学习的技术需要大规模采集人体活动数据，数据收集成本较高。且会对使用者的隐私造成侵犯，大量的视频数据将会给用户带来严重的安全威胁。

7、（3）基于声学的检测方案的缺点：

8、基于声学的方案可以实现非接触感知，同时不受光照和隐私侵犯问题的影响。但是声波是机械波，在空气中传播时，由于受到空气分子的碰撞和热传导的影响，其衰减速度较快，因此基于声学的人体动作检测技术感知距离较短。同时麦克风可以收集到声音信号，可能包含个人对话或其他私人信息，这可能对用户造成不便或不安全感，也存在着一定的安全隐患。

9、（4）基于射频设备的检测方案的缺点：

10、目前，基于射频的人体动作识别主要是基于fmcw雷达和rfid阅读器。但是fmcm雷达基于毫米波频段进行感知，毫米波的波长较短，信号衰减较快，感知距离较短。且fmcw雷达需要复杂的射频电路设计和高频电子元器件等专用设备，通用性较低。尽管rfid标签成本低，但是rfid阅读器因使用全双工的通信模式，同时需要复杂的抗干扰硬件电路和高精度的adc（analog-to-digital converter）来处理信号，导致阅读器的成本较高。更重要的是，商用rfid阅读器采用轮询机制实现多发多收，无法提高信号的采样率，对于系统的检测准确率提升没有帮助。

11、综上，基于穿戴式传感器的动作识别方案要求人体一直将穿戴式设备穿在身上且需要实时保持网络连接。基于图像的人体动作识别方案无法在暗光环境以及摄像头被遮挡情况下工作，且容易给人们带来隐私安全隐患。基于声学的方案可以实现非接触式动作识别，且不受光照条件的影响。然而声波在空气中传播时，其衰减速度快，传输距离近，因此感知距离有待提高。基于射频的人体动作识别方案能解决上述问题，但是基于射频的人体动作识别方案则存在成本高、采样率不足的技术问题。

技术实现思路

1、为解决现有基于射频的人体动作识别方案成本高、采样率不足的技术问题，本发明实施例提供一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法及系统。

2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：

3、本发明实施例提供了一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，方法包括：

4、通过发射机发送激励信号和编码信号；所述激励信号用于激活rfid标签；所述编码信号用于指示所述rfid标签发送反射信号；通过至少一个接收机接收所述反射信号；所述反射信号经不同的人体动作反射后具有不同的相位；对所述反射信号进行载波频率偏移、自干扰和随机相位的消除操作后，提取所述反射信号中的相位信息；将所述相位信息输入训练好的分类器中，获得所述分类器输出的所述相位信息对应的人体动作；所述分类器存储有相位信息与人体动作的映射关系。

5、本发明实施例还提供了一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别系统，所述系统包括发射机、至少一个接收机、相位提取模块和动作识别模块：所述发射机包括第一开发板、第一射频芯片和第一发射天线；所述接收机包括第一模块和接收天线；所述第一开发板，用于在编程后发送指令；所述第一射频芯片，用于在所述第一开发板的指令下控制所述第一发射天线发送信号；所述第一发射天线，用于发送激励信号和编码信号；所述第一模块，用于控制所述接收天线接收信号；所述接收天线，用于接收反射信号；所述反射信号经不同的人体动作反射后具有不同的相位；所述相位提取模块，用于对所述反射信号进行载波频率偏移、自干扰和随机相位的消除操作后，提取所述反射信号中的相位信息；所述动作识别模块，用于将所述相位信息输入训练好的分类器中，获得所述分类器输出的所述相位信息对应的人体动作；所述分类器存储有相位信息与人体动作的映射关系。

6、本发明实施例提供的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法及系统，通过发射机发送激励信号和编码信号；所述激励信号用于激活rfid标签；所述编码信号用于指示所述rfid标签发送反射信号；通过至少一个接收机接收所述反射信号；所述反射信号经不同的人体动作反射后具有不同的相位；对所述反射信号进行载波频率偏移、自干扰和随机相位的消除操作后，提取所述反射信号中的相位信息；将所述相位信息输入训练好的分类器中，获得所述分类器输出的所述相位信息对应的人体动作；所述分类器存储有相位信息与人体动作的映射关系。本发明提供的方案将rfid阅读器解耦为发射机和接收机，并采用低成本设备来构建发射机和接收机，可以降低系统成本。同时，本实施例采用至少一个接收机接收反射信号，可以提高信号采样率，进而提高系统的检测准确率。

1.一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，所述通过发射机发送激励信号和编码信号，包括：

3.根据权利要求2所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，所述预设的脉冲宽度编码与开关键控编码的转换关系为脉冲宽度编码中的1用开关键控编码1110表示，脉冲宽度编码中的0用开关键控编码10表示。

4.根据权利要求1所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，所述编码信号中包含指示信息；所述指示信息为1时，所述编码信号指示所述rfid标签发送反射信号；所述指示信息为0时，所述编码信号指示所述rfid标签不发送反射信号。

5.根据权利要求4所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，对所述反射信号进行载波频率偏移、自干扰和随机相位的消除操作，包括：

6.根据权利要求1所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，提取所述反射信号中的相位信息，包括：

7.根据权利要求1所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，在所述接收机的数量大于1时，提取所述反射信号中的相位信息，包括：

8.根据权利要求7所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，根据每个接收机接收的反射信号中的峰值确定每个反射信号的权重，包括：

9.根据权利要求7所述的低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别方法，其特征在于，利用每个反射信号的权重通过加权求和的方式获得所述反射信号中的相位信息，包括：

10.一种低成本、分布式的基于rfid的人体动作识别系统，其特征在于，所述系统包括发射机、至少一个接收机、相位提取模块和动作识别模块：所述发射机包括第一开发板、第一射频芯片和第一发射天线；所述接收机包括第一模块和接收天线；