Nghiên cứu biểu diễn và nhận dạng đối tượng chuyển động dựa trên đại số hình học bảo giác và học máy

BỘGIÁODỤC CVÀĐÀOT ẠO O ĐẠOIHỌCCĐÀNẴNGNG NGUYỄNNNĂNGHÙNGVÂN NGHIÊN CỨU BIỂU DIỄN VÀ NHẬN U BIỂU DIỄN VÀ NHẬN U DIỄNN VÀ NHẬN N DẠONGĐỐIITƯỢNGNGCHUYỂU DIỄN VÀ NHẬN NĐỘNGDỰATRÊNĐẠIATRÊNĐẠOI SỐI HÌNHHỌCCBẢOGIÁCOGIÁCVÀHỌCCMÁY LUẬN NÁNTIẾNNSĨKỸTHUẬN T ĐàNẵngng–2021 BỘGIÁODỤC CVÀĐÀOT ẠO O ĐẠOIHỌCCĐÀNẴNGNG NGUYỄNNNĂNGHÙNGVÂN NGHIÊN CỨU BIỂU DIỄN VÀ NHẬN U BIỂU DIỄN VÀ NHẬN U DIỄNN VÀ NHẬN N DẠONGĐỐIITƯỢNGNGCHUYỂU DIỄN VÀ NHẬN NĐỘNGDỰATRÊNĐẠIATRÊNĐẠOI SỐI HÌNHHỌCCBẢOGIÁCOGIÁCVÀHỌCCMÁY Chunngành :KHOAH ỌCC MÁYTÍNHMã số 62480101 LUẬN NÁNTIẾNNSĨKỸTHUẬN T Ngườiihướng dẫn khoang dẫn khoan khoahọc:c: PGS.TS.Kanta Tachibana TS.Ph ạm m MinhTuấnn ĐàNẵngng-2021 LỜIICAMĐOAN Tôi cam đoan kết nghiên cứu trình bày luận án làt nghiên cứu trình bày luận án nghiên cứu trình bày luận án làu trình bày luận án làc trình bày lu ận án án trungth c không chép từ luận án khác Một số kết nghiên bấnt kỳ luận án án khác M ột số kết nghiênt s ố k ết nghiên cứu trình bày luận án làt qu ả nghiên cứu trình bày luận án nghiên cứu trình bày luận án làu làthành nghiên cứu trình bày luận án tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọia tận án làp thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi trình bày luận án làc đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọing tác gi ả nghiên cứu trình bày luận án đ ồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọing ý cho s dụng Mọi d ụng Mọing M ọc:i trích dẫn khoanđềuucóghinguồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọingố cxuấntxứu trình bày luận án làrõràngvàđầyyđủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi Tácgiả nghiên cứu trình bày luận án NguyễnnNăngHùngVân MỤCCLỤCC LỜIICAMĐOAN i MỤCCL ỤC C ii DANHMỤCCCÁC TỪVIẾNTTẮTT .v DANHMỤCCKÝHIỆU TOÁNU TOÁNHỌCC vi DANHM ỤC C HÌNHVẼ vii DANHMỤCCBẢOGIÁCNGBIỂU DIỄN VÀ NHẬN U x MỞĐ ẦU U .1 Mụng Mọictiêunghiêncứu trình bày luận án làu Đốitược trình bày luận án làngvàphạmmvinghiêncứu trình bày luận án làu .4 Phươngngphápnghiêncứu trình bày luận án làu Bốc ụng Mọi c c tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi a luận án lànán .5 Đónggópchínhcủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi alu ận án n án .6 Chươngng1.PH ƯƠNG NG PHÁPBI ỂU DIỄN VÀ NHẬN UDI ỄN N Đ ỐI I T ƯỢNG NG CHUY ỂU DIỄN VÀ NHẬN NĐ Ộ NG TRONGH ỌC C M Á Y 1.1 Phươngngphápbiể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnndữliệuutrongkhônggian .9 1.1.1 Phươngngphápbiể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnn dữliệuu bằngngkhônggian vectơng 10 1.1.2 Phươngngphápbiể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnndữliệuubằngngmatrận án 10 1.1.3 Phươngngpháp biể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnn dữliệuubằngngTen-xơng 11 1.2 Phươngngphápbiể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnnđốitược trình bày luận án làngchuyể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọinđột số kết nghiênngtronghọc:cmáy 12 1.2.1 Biể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnndữliệuud atrênmơhìnhxácsuấnt .13 1.2.2 Phươngng phápgiả nghiên cứu trình bày luận án làmchiềuudữliệuu 16 1.2.3 Phươngngpháptăngchiềuudữliệuu 19 1.3 Phươngngphápbi ể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi u diễnnđ ố i tược trình bày luận án làngchuy ể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi n đột số kết nghiênngsử dụng Mọi dụng Mọing CGA 25 1.3.1 Đạmisốhìnhhọc:c .27 1.3.2 Đạmisốhìnhhọc:cbả nghiên cứu trình bày luận án làogiác 27 1.4 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtlu ận án n ch ương ng .28 Chươngng2 Đ Ề X U ẤTPHƯƠNGPHÁP T P H Ư ƠNG N G P H Á P B I ỂU DIỄN VÀ NHẬN U D I ỄN N Đ ỐI I T Ư ỢNG NG C HU Y ỂU DIỄN VÀ NHẬN N ĐỘNGD ỰATRÊNĐẠI A TRÊN Đ ẠO I SỐIHÌNHH ỌC C B ẢOGIÁC O G I Á C 31 2.1 Đạmisốhìnhh ọc:c hìnhh ọc:cbả nghiên cứu trình bày luận án làogiác 31 2.1.1 Đạmisốhìnhhọc:c .31 2.1.2 Đạmisốhìnhhọc:cBả nghiên cứu trình bày luận án làogiác 37 2.2 Đềuxu ấn t ph ương ng phápphânc ụng Mọi m dữli ệu us dụng Mọidụng Mọing CGA .41 2.2.1 Phâncụng Mọimdữliệuusử dụng Mọidụng MọingCGAd atrênGMM 43 2.2.2 Lược trình bày luận án làngtử dụng Mọihóavectơngd a trênphâncụng Mọimdữliệuusử dụng Mọidụng MọingCGA 45 2.2.3 Phươngngphápk ết nghiên cứu trình bày luận án t hợc trình bày luận án làp HMMvớng dẫn khoa i phânc ụng Mọi m sử dụng Mọi d ụng Mọi ng CGA .49 2.3 Đềuxu ấn t ph ương ng pháptríchch ọc: n đ ặc c tr ng sử dụng Mọid ụng Mọi ng CGA 50 2.3.1 Phươngngpháptríchchọc:nđặcctrưng sử dụng Mọi dụng Mọing PCA .51 2.3.2 Phươngngpháptríchchọc:nđặcctrưngsử dụng Mọidụng MọingCGA 53 2.3.3 PhươngngphápPCRkết nghiên cứu trình bày luận án làthợc trình bày luận án làpvớng dẫn khoaiCGA 55 2.3.4 Phươngngpháptríchchọc:n đ ặc c tr ng sử dụng Mọidụng MọingCGAk ết nghiên cứu trình bày luận án làt h ợc trình bày luận án p RNN 60 2.4 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtlu ận án n ch ương ng .64 Chươngng3.TRI ỂU DIỄN VÀ NHẬN N KHAITH ỰATRÊNĐẠI C NGHI ỆU TOÁN MVÀ ĐÁNHGIÁK ẾN T QUẢOGIÁC 67 3.1 Dữliệuuth cnghiệum .68 3.1.1 Đốitược trình bày luận án làngchuyể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọinđột số kết nghiênngtrongkhônggian 68 3.1.2 Bột số kết nghiên dữliệuuchuyể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọinđột số kết nghiênngCMU .69 3.1.3 Dữliệuuth c nghiệum 71 3.2 Nhận án làndạmnghànhđột số kết nghiênngd atrênphâncụng MọimCGAkết nghiên cứu trình bày luận án làthợc trình bày luận án làpvớng dẫn khoaiHMM 71 3.2.1 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án làth cnghiệum 72 3.2.2 Đánhgiákết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án 74 3.3 Nhận án lànd ạm ng hànhđ ột số kết nghiên ng d a vàoph ương ng phápPCRk ết nghiên cứu trình bày luận án t h ợc trình bày luận án p v ớng dẫn khoa i CGA753 3.1Cácphươngngphápth cnghiệum 76 3.3.2 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án làth cnghiệum 76 3.3.3 Đánhgiákết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án 79 3.4 Nhận án làndạm ng hànhđ ột số kết nghiên ng d a vàoph ương ng phápCGAk ết nghiên cứu trình bày luận án th ợc trình bày luận án p v ớng dẫn khoa i RNN793 4.1Kết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án th cnghi ệum 79 3.4.2Đánhgiákết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án 81 3.5 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtlu ận án n ch ương ng .82 KẾNTLU ẬN N VÀH ƯỚNG NG PHÁTTRI ỂU DIỄN VÀ NHẬN N 84 Kết nghiên cứu trình bày luận án làtquả nghiên cứu trình bày luận án c tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi a lu ận án n án 84 Đánhgiák ết nghiên cứu trình bày luận án t nghiên cứu trình bày luận án 84 Hướng dẫn khoang nghiêncứu trình bày luận án làutiết nghiên cứu trình bày luận án làptheo .87 DANHMỤCCCÁCCƠNGTRÌNHKHOAH ỌC C ĐÃCƠNGBỐI .88 TÀILI ỆU TOÁN U T H A M K H ẢOGIÁC O .89 DANHMỤCCCÁCTỪVIẾNTTẮTT Thuận án làtngữ Tiết nghiên cứu trình bày luận án làngAnh Tiết nghiên cứu trình bày luận án làngVi ệu t 2D TwoDimension Haichiềuu 3D ThreeDimension Bachiềuu AI ArtificialIntelligence Trítuệunhântạmo ANN ArtificialNeuralNetwork Mạmngnơngronnhântạmo CGA ConformalAgeometricAlgebra Đạmisốhìnhhọc:cbả nghiên cứu trình bày luận án làogiác CMU CarnegieMellonUniversity Đạmihọc:cCarnegieMellon CNN ConvolutionalNeuralNetwork Mạmng nơngrontíchchận án làp DeepLearning Học:csâu DynamicTimeWarping Sokhớng dẫn khoapthờiigianđột số kết nghiênng EM ExpectationMaximization Thuận án làttốnc cđạmihóakỳvọc:ng GA GeometricAlgebra Đạmisốhìnhhọc:c GMM GaussianMixtureModel Mơhìnhhỗnnh ợc trình bày luận án p Gauss HAR HumanActivityRecognition Nhận án làndạmnhhànhđột số kết nghiênngngườii HMM HiddenMarkovModel MơhìnhMarkovẩnn KNN k-NearestNeighbor 𝑘lánggi ềung gầynnhấn t LDA LinearDiscriminantAnalysis Phântíchbiệutthứu trình bày luận án làctuyết nghiên cứu trình bày luận án làntính LongShortTermMemory Mạmngnơngronnhớng dẫn khoangắn-dàin-dàihạmn m-D m-Dimension mchiềuu PCA PrincipalComponentsAnalysis Phântíchthànhphầynchính PCR PrincipalComponentRegression Hồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiiquythành phầyn RGB RedGreenBlue HệumàuĐỏ-Lục-Lam-Lụng Mọic-Lam RNN RecurrentNeuralNetwork Mạmngnơngronhồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiiquy SVM SupportVectorMachine Máyvectơnghỗntrợc trình bày luận án VectorQuantization Lược trình bày luận án làng tử dụng Mọihóavectơng DL DTW LSTM VQ DANHMỤCCKÝHIỆU TOÁNUTOÁNHỌCC Kýhi ệuu, từ luận án khác Một số kết nghiên v i ết nghiên cứu trình bày luận án t t ắn-dài t Diễnngi ả nghiên cứu trình bày luận án i 𝐿 HàmsốLagrange 𝐴 Matrận án lànphươngngsaitrongCGA 𝐶 Matrận án lànphương ngsai trongPCA 𝐷 Matrận án lànkhoả nghiên cứu trình bày luận án làngcách 𝑁 Hàmmận án làtđột số kết nghiênxácsuấntGauss X Tận án làp dữliệuuhuấnnluyệun ✔ Sốphâncụng Mọi m 𝘗 Xácsuấnt chuyể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọin từ luận án khác Một số kết nghiên trạmngtháitrongHMM $ Mận án làtđột số kết nghiên x ácsu ấntđ ầy u ratrongHMM 𝑃i Tận án làpcácđiể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng MọimtrongkhônggianCGA 𝑆 Vectơngbả nghiên cứu trình bày luận án làogiáctrongkhơnggínCGA 𝗌 CáctrạmngtháitrongHMM w Vectơngtrọc:ngsốcủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiaphépbiết nghiên cứu trình bày luận án lànđổiituyết nghiên cứu trình bày luận án làntínhtrongPCA 𝜇 Vectơngtrungbìnhtrongtận án làpdữliệuu ƒ𝖶 Hàmkíchho ạm ttrongmơ hìnhRNN DANHMỤCCHÌNHVẼ Hình1.1:Mơhìnhhuấnnluyệundữliệuutronghọc:cmáy Hình1.2:Mơhìnhhỗnnhợc trình bày luận án làpGauss tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng MọiaMphânphốithànhphầyn 14 Hình1.3:MơhìnhMarkov ẩn n 3tr ạmng thái 15 Hình1.4:Biể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiudiễnndữliệuutrongkhônggianmớng dẫn khoaicủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng MọiaPCA 17 Hình1.5:Phươngngphápphântíchbiệutthứu trình bày luận án làctuyết nghiên cứu trình bày luận án làntínhhailớng dẫn khoap .18 Hình1.6:Xácđịnhnhsiêuphẳngngvớng dẫn khoailềuc cđạmicủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng MọiaSVMtrong2D 20 Hình1.7:Minhh ọc: aquátrìnhbi ể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi udi ễn ntăng sốchi ều ud ữli ệu u b ằng ngph ương ngphápkernelSVM .21 Hình 1.8:Mạmngnơngronvớng dẫn khoaicácnút kết nghiên cứu trình bày luận án làtnốivớng dẫn khoainhauđể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọimôphỏ-Lục-Lamngmạmngnơngrontrongnãongườii 22 Hình1.9: Kiết nghiên cứu trình bày luận án làntrúccủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiamạmngnơngrontíchchận án làp gồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọim haithànhphầyn 23 Hình1.10:Phéptíchchận án làp trongmạmng nơngrontíchchận án làp .24 Hình1.11:Tầyng hợc trình bày luận án làpnhấnt(max pool) vớng dẫn khoaibột số kết nghiên lột số kết nghiênc vàbướng dẫn khoacnhả nghiên cứu trình bày luận án lày (stride)bằngng 2trongmạmngnơngrontíchchận án làp 25 Hình1 : Mơh ì nh kh ớng dẫn khoa p x ương ng v m ận án t đột số kết nghiênp h ân b ố d ữ li ệu u k h ớng dẫn khoa p lhumeru s26Hình2.1:Bi ể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi u di ễn n 2vectơngtrongkhônggianClifford2D 32 Hình2.2:Bi ể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọi u di ễn n 3vectơngtrongkhơnggianClifford3D .33 Hình2.3:Phépngoạm i tíchtrongđạmisốhìnhhọc:c 34 Hình2.4:Phả nghiên cứu trình bày luận án xạmmột số kết nghiênt vectơngquamột số kết nghiênt mặctphẳng ng trongkhônggianGA 35 Hình2.5:PhépquaytrongkhơnggianGA 36 Hình2.6:Mơ hìnhnhận án dạmnghànhđột số kết nghiênng d atrênphươngngpháp phâncụng Mọimsử dụng Mọidụng MọingCGAkết nghiên cứu trình bày luận án làth ợc trình bày luận án làpv ớng dẫn khoaiHMM 42 Hình2.7:Dữliệuucủa tập thể đồng tác giả đồng ý cho sử dụng Mọiađốitược trình bày luận án làngphânbốdạmnghìnhcung 43 Hình2.8:Phâncụng Mọimdữliệuubằngngcáchsử dụng Mọidụng Mọingđạmisốhìnhhọc: c bả nghiên cứu trình bày luận án làogiác 48