Multiscale Deep Feature Learning for Human Activity Recognition Using Wearable Sensors

计算机科学 卷积神经网络 人工智能 判别式 可穿戴计算机 特征(语言学) 活动识别 模式识别(心理学) 深度学习 特征提取 可穿戴技术 特征学习 机器学习 哲学 语言学 嵌入式系统
作者
Yin Tang,Lei Zhang,Fuhong Min,Jun He
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (2): 2106-2116 被引量:136
标识
DOI:10.1109/tie.2022.3161812
摘要

Deep convolutional neural networks (CNNs) achieve state-of-the-art performance in wearable human activity recognition (HAR), which has become a new research trend in ubiquitous computing scenario. Increasing network depth or width can further improve accuracy. However, in order to obtain the optimal HAR performance on mobile platform, it has to consider a reasonable tradeoff between recognition accuracy and resource consumption. Improving the performance of CNNs without increasing memory and computational burden is more beneficial for HAR. In this article, we first propose a new CNN that uses hierarchical-split (HS) idea for a large variety of HAR tasks, which is able to enhance multiscale feature representation ability via capturing a wider range of receptive fields of human activities within one feature layer. Experiments conducted on benchmarks demonstrate that the proposed HS module is an impressive alternative to baseline models with similar model complexity, and can achieve higher recognition performance (e.g., 97.28%, 93.75%, 99.02%, and 79.02% classification accuracies) on UCI-HAR, PAMAP2, WISDM, and UNIMIB-SHAR. Extensive ablation studies are performed to evaluate the effect of the variations of receptive fields on classification performance. Finally, we demonstrate that multiscale receptive fields can help to learn more discriminative features (achieving 94.10% SOTA accuracy) in weakly labeled HAR dataset.
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