Real-Time Human Posture Recognition Using Embedded Optical Fiber Sensors and Machine Learning

光纤 计算机科学 光纤传感器 纤维 人工智能 材料科学 电信 复合材料
作者
Xue Zhou,Weijia Wang,Yaping Hui,Xuegang Li,Xuenan Zhang,Xin Yan,Tonglei Cheng
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:74: 1-9 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tim.2025.3542879
摘要

Smart wearable technology is highly popular in biomedical and kinesiology fields due to its lightweight, flexible, comfortable, and adaptive nature. A smart wearable knee pad was designed using a fiber Bragg grating (FBG) flexible sensor for human posture recognition, combined with machine learning algorithms to enhance recognition accuracy. By placing three FBGs with different central wavelengths in key areas of the knee, posture recognition was realized by observing shifts in the FBG central wavelengths. Although FBG sensors are highly sensitive to small deformations, manual analysis of wavelength shifts introduces errors. Therefore, machine learning algorithms were integrated with the sensor to improve automatic posture recognition accuracy. A voting model combining eXtreme gradient boosting (XGBoost) and random forest (RF) was applied to the sensor. Experimental results showed an accuracy of up to 0.9908, with precision, recall, and $F1$ score reaching 0.9883, 0.9897, and 0.9886, respectively. The area under the receiver operating characteristic (ROC) curve reached 0.9966, demonstrating significant improvement over traditional machine learning models. These results highlight the superior performance of machine learning techniques in human posture recognition combined with FBG sensing technology, providing an effective solution for human posture analysis and virtual reality applications.
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