人工智能顶会IJCAI: 面向惯性传感器信号增强的深度学习架构

ops/2024/12/23 9:19:05/

近期,哈尔滨工业大学深圳校区赵毅教授与其博士生王一峰带领研究团队设计了一种生成式深度学习架构,它可以显著提升惯性传感器的信号质量。相关成果发表于人工智能顶级会议International Joint Conferences on Artificial Intelligence (IJCAI),这也是IJCAI历史首篇IMU信号增强论文。哈工大深圳校区数学系博士生王一峰为第一作者,赵毅教授为通讯作者,哈工大深圳为第一作者单位和通讯单位,研究同时受到新加坡国立大学的技术支持。

引用格式

Yifeng Wang, Yi Zhao. Scale and Direction Guided GAN for Inertial Sensor Signal Enhancement[C]//IJCAI. 2024: 5126-5134.

本文提出了一种基于无监督和弱监督学习的尺度和方向引导生成对抗网络(SDG-GAN),用于低成本惯性传感器信号增强,通过动作捕捉精确记录的运动信息作为辅助任务的标签,显著提升了信号增强的性能和精度。

研究背景

惯性传感器在航空航天、无卫星导航、国防军事、无人驾驶、可穿戴设备等领域都有着广泛的应用与重要的价值。然而其固有的噪声问题限制了惯性传感器对物理运动的捕捉与感知。因此,王一峰等人提出了一种生成式深度学习模型:尺度和方向引导的生成对抗网络(SDG-GAN)。

研究亮点

在该研究中,作者为生成式AI设计了两种引导机制:尺度引导、学习方向引导。尺度引导机制允许生成器在不同分辨率下同时处理信号特征,确保生成的信号在不同尺度上的一致性。这种引导机制不仅有助于生成模型同时关注到不同分辨率下的信号特征,并且可以通过不同尺度间的一致性约束缓解生成式人工智能模型的幻觉问题。
图1 尺度引导示意图图1 尺度引导示意图

当前人工智能发展的主流架构是深度神经网络(深度学习)模型,尽管它极大地推动了社会的发展与进步,但作为一种黑盒模型,它的可解释性与可控性较差。本研究为深度学习架构提出了一种学习方向引导机制,它在训练过程中动态调整深度学习架构中不同任务之间的相互影响,控制不同模块的学习方向与学习进度,最大化AI架构中不同组成部分间的协作效率,最终获得更加智能的生成式神经网络模型。

图2 学习方向引导示意图
图2 学习方向引导示意图

应用前景

作为两种面向深度学习架构的普适性改进,论文提出的尺度引导与学习方向引导不仅适用于高质量惯性传感器信号生成,同样可以赋能其他领域的信号质量提升。例如,在通信技术中,SDG-GAN可以用于提高音频、视频信号的清晰度与精确度。同样地,在工业监控中,将SDG-GAN应用于工业信号的质量增强可以提高监控和预警系统的可靠性。在医学领域,心电、脑电等医学信号往往受到来自患者运动、设备噪声或环境噪声的干扰,这给医生的诊断带来了挑战。通过引入SDG-GAN模型,医学数据的精度有望得到进一步提高,从而辅助医生作出更为准确的诊断。此外,随着医学影像技术的发展,CT和MRI等图像的质量也面临增强需求,尤其是在设备性能受限的情况下。SDG-GAN的自适应学习能力有望为医学影像的清晰度和可解释性提供技术支持。SDG-GAN还可以应用于自动驾驶和智能机器人领域。这些领域依赖多模态传感器信号进行环境感知与决策。通过采用SDG-GAN进行信号增强,能够有效提升智能体的决策效率,提升自动驾驶系统对复杂环境的适应能力,并提升智能机器人在不同任务中的操作精度。

综上,该研究不仅推动了惯性传感器信号增强的发展,更有望为广泛的信号处理问题提供具有创新性和普适性的解决方案。该技术目前已服务于NOKOV度量动作捕捉系统,为用户提供高精度、高可靠性、高灵活性的动作捕捉解决方案。

NOKOV度量动作捕捉系统为本研究提供高精度运动数据,辅助训练深度学习模型,以增强惯性传感器信号并提高其在各种应用场景中的性能。

作者介绍

王一峰,哈尔滨工业大学(深圳)数学专业博士生。主要研究方向:深度学习模型设计与可解释性分析、传感器信号处理与分析、AI运动感知、机器学习与具身智能。

赵毅,哈尔滨工业大学(深圳)理学院, 教授,博导。主要研究方向:应用动力系统、非线性时间序列分析、复杂网络和数据科学理论。


http://www.ppmy.cn/ops/105971.html

相关文章

龙兴物联5G物联网主机:开启电力智能化新篇章

在当今时代,电力行业的智能化已成为不可阻挡的趋势。随着社会对电力需求的持续增长以及对供电质量和可靠性要求的不断提高,传统的电力系统管理模式逐渐难以满足需求。 智能化技术的融入为电力系统带来了革命性的变革。通过先进的传感器、通信网络和数据分…

Spring Boot 注解探秘:@Validated 开启数据验证之旅(上)

在 Java Web项目开发中,数据验证是一项至关重要的环节。Spring框架中的Validated注解为我们提供了一种方便而强大的方式来实现数据验证。本文将详细介绍 Validated 注解的用法及其在 Spring Boot 应用中的实践。 一、基本介绍 Validated是 Spring 框架提供的用于数…

JSON格式化?超简单!

JSON格式化 是指将JSON(JavaScript Object Notation)数据转换成一种更易读、结构化的格式。 在以下场景中,可能需要进行JSON格式化: 调试和开发:在开发过程中,开发人员经常需要查看和解析JSON数据。通过…

实施面试题目

(仅供参考) 一、网络知识 1.请分别写出网线水晶头568A和568B接法,并解释其用法。 568A通常用于交叉线,即一端使用568A标准,一端使用568B标准,适用于电脑与电脑(同种设备)之间的直…

uniapp个人健康预警管理系统 微信小程序的设计与实现 38vk1

目录 博主介绍技术栈系统设计🌟文末获取源码数据库🌟具体实现截图后端前端java类核心代码部分展示可行性论证个人心得系统测试操作可行性源码获取详细视频演示 博主介绍 👇🏻 博主介绍:👇🏻 专…

ESP8266下载固件→连接阿里云

一、工具准备 1、ESP8266Wifi模块 2、ESP8266下载器 ESP8266-01模块 二、固件配置 CH340串口工具-烧录ESP8266-01固件_esp8266 ch340烧录-CSDN博客文章浏览阅读444次,点赞6次,收藏3次。CH340会有供电不足的问题,因此需要外部供电_esp…

数据结构可视化工具

提示:文章 文章目录 前言一、背景二、 2.1 2.2 总结 前言 前期疑问: 本文目标: 一、背景 有个数据结构可视化的网址 https://pythontutor.com/render.html#modedisplay 二、 2.1 使用pythontutor工具,一打开一个页面看到…

【QNX+Android虚拟化方案】105 - 如何替换 NON-HLOS.bin 中的 Wifi Firmware 固件

【QNX+Android虚拟化方案】105 - 如何替换 NON-HLOS.bin 中的 Wifi Firmware 固件 1、提取 NON-HLOS.bin 中的 Wifi Firmware 出来2、把提取出来的 wifi 固件放到代码中3、重新打包生成 NON-HLOS.bin4、将生成的 NON-HLOS.bin 与 老的 NON-HLOS.bin 对比5、使用fastboot 下载测…