• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2021, Vol. 57 ›› Issue (5): 19-30.doi: 10.3901/JME.2021.05.019

• 机器人及机构学 • 上一篇    下一篇

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面向动作识别的旋转投影变换关节特征骨架描述

巫晓康, 赵欢, 唐敏杰, 丁汉   

  1. 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室 武汉 430074
  • 收稿日期:2020-03-15 修回日期:2020-08-20 出版日期:2021-03-05 发布日期:2021-04-28
  • 通讯作者: 赵欢(通信作者),男,1983年出生,教授。主要研究方向为机器人智能化加工装备与技术。E-mail:huanzhao@hust.edu.cn
  • 作者简介:巫晓康,男,1996年出生。主要研究方向为机器人视觉与人机协作。E-mail:xkwu@hust.edu.cn;唐敏杰,男,1995年出生,硕士研究生。主要研究方向为智能传感技术与机器人视觉。E-mail:tamgminjie@hust.edu.cn;丁汉,男,1963年出生,教授,博士研究生导师。主要研究方向为数字化制造与机器人技术。E-mail:dinghan@hust.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52090054)和湖北省自然科学基金(2020CFA077)资助项目。

Rotation and Projection Transformed Joint Feature Descriptors of Human Skeletal Action Recognition

WU Xiaokang, ZHAO Huan, TANG Minjie, DING Han   

  1. State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074
  • Received:2020-03-15 Revised:2020-08-20 Online:2021-03-05 Published:2021-04-28

摘要: 在机器人领域中,基于人类骨架关节特征描述的动作识别方法被广泛地应用于人机协作任务,以帮助机器人理解人类的行为。对动作序列中的时间信息和空间信息挖掘是其中的一个重要问题,不充分的信息提取往往会导致算法鉴别力低。鉴于此,从骨架旋转投影出发,提出了一种能够充分挖掘动作序列中时空信息的高鉴别力人类骨架关节特征描述方法,即骨架旋转投影描述子(Rotational and projective skeleton signature,RPSS)。建立以人为中心的正交坐标系;从训练序列中学习躯干尺寸并进行替换;将骨架分别绕坐标轴旋转一系列固定间隔的角度,并向某一平面进行投影以获取足量的空间信息,将多次投影得到的子特征进行串联后依据帧顺序并联得到序列的特征;利用方向梯度直方图对特征矩阵进行提取以生成最终的基于关节特征且蕴含丰富时空信息的描述子RPSS。所提出的RPSS描述子在多个公开的经典数据集上进行了测试,并与基于关节描述的经典和与学习相结合的先进骨架识别方法进行对比,结果表明所提出的方法在鉴别力上具有较大的优势。添加不同程度噪声与计算动作序列平均处理时长的试验亦说明该方法具有较强的鲁棒性和实时性。

关键词: 人类骨架, 特征提取, 旋转与投影, 动作识别

Abstract: In robotics, human skeletal action recognition with joint-based representations are widely used in human-robot collaboration. Mining temporal and spatial information in action sequence is a challenging problem. Insufficient information extraction tends to bring the algorithm less discriminability. In view of this, a high-performance joint-based descriptor called rotational and projective skeleton signature (RPSS) is proposed. First of all, build person-centric coordinate system; then learn average limbs (skeleton segments) lengths from the training set; Secondly, rotate the skeleton by a set of angles, meanwhile project the rotated skeletons on a certain plane to get the sequence-features; Finally, use histogram of oriented gradient (HOG) to exact spatio-tempral information to generate a final RPSS description. The RPSS descriptors were tested on a number of public datasets and compared with classical and learning based description algorithms. The results show that it has decent discriminative power, and the experiments adding different degrees of noises and recording average calculation time show it also has strong robustness and real-time performance.

Key words: skeleton, feature extraction, rotation & projection, human action recognition

中图分类号: