A Wearable Sensor Network With Embedded Machine Learning for Real-Time Motion Analysis and Complex Posture Detection

人工智能 计算机科学 可穿戴计算机 支持向量机 加速度计 机器学习 惯性测量装置 计算机视觉 嵌入式系统 操作系统
作者
Quentin Mascret,Gabriel Gagnon-Turcotte,Mathieu Bielmann,Cheikh Latyr Fall,Laurent J. Bouyer,Benoit Gosselin
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:22 (8): 7868-7876 被引量:15
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3139588
摘要

This work presents an embedded system driven by a wearable sensor network and machine learning to perform complex posture detection and high-precision human activity recognition (HAR) in real time. The presented prototype performs real-time HAR using raw data collected from three wireless wearable motion sensor nodes in parallel. The sensors communicate the measured inertial data to a Raspberry Pi 3 running a pre-trained classifier, which performs motion detection and classification in real-time. Our approach based on raw data and machine learning provides more efficiency and simplicity by decreasing the computation cost and the latency. Our detection and classification algorithm utilizes a new custom preconditioning method called Multi-Mapping Spherical Normalization (MMSN) , in combination with a Support Vector Machine with Radial Basis Function Kernel (RBF-SVM). This new preconditioning algorithm allows to sparse the raw inertial data to increase successful classification results without adding any computational burden. The presented approach achieves a motion classification accuracy of 98.28% for 12 body motions, while allowing for real-time prediction with low latency output (< 20 ms which is 50% less than some studies) for preconditioning and processing thanks to the new MMSN preconditioning method and the use of raw data. We tested our approach with 10 able-bodied subjects.
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