Может ли ИИ обнаруживать действия человека? Исследование распознавания активности

Повседневная жизнь наполнена мелкими движениями, о которых ты редко задумываешься. Ходьба по комнате, сидение за столом или взмах рукой другу могут казаться нам чем-то естественным, однако для ИИ их распознавание — куда более сложная задача. То, что дается человеку легко, превращается в нечто гораздо более запутанное, когда машина пытается это понять.

Эта способность известна как распознавание активности человека (HAR) и позволяет компьютерам обнаруживать и интерпретировать паттерны в поведении людей. Фитнес-приложение — отличный пример HAR в действии. Отслеживая шаги и тренировки, оно показывает, как ИИ может контролировать повседневную активность.

Осознавая потенциал HAR, многие отрасли начали внедрять эту технологию. На самом деле ожидается, что рынок распознавания действий человека превысит $12,56 млрд к 2033 году.

Значительная часть этого прогресса обусловлена компьютерным зрением — областью ИИ, позволяющей машинам анализировать визуальные данные, например, изображения и видео. Благодаря компьютерному зрению и распознаванию образов HAR эволюционировал из исследовательской концепции в практическую и захватывающую часть передовых ИИ-приложений.

В этой статье мы разберем, что такое HAR, какие методы используются для распознавания действий человека и как компьютерное зрение помогает ответить на вопрос: может ли ИИ распознавать действия человека в реальных приложениях? Давай начнем!

Link to this sectionЧто такое распознавание действий человека?#

Распознавание действий человека позволяет компьютерным системам понимать активность или действия людей путем анализа движений тела. В отличие от простого детектирования человека на изображении, HAR помогает идентифицировать то, что человек делает. Например, различать ходьбу и бег, распознавать взмах рукой или замечать, когда кто-то падает.

В основе HAR лежат паттерны движения и позы. Незначительное изменение положения рук или ног человека может сигнализировать о различных действиях. Захватывая и интерпретируя эти тонкие детали, системы HAR могут получать значимую информацию из движений тела.

Для этого распознавание действий человека сочетает в себе множество технологий, таких как машинное обучение, модели глубокого обучения, компьютерное зрение и обработку изображений, которые работают вместе для анализа движений тела и интерпретации действий человека с более высокой точностью.

Рис 1. Распознавание активности человека включает в себя различные ветви компьютерных наук (Источник: cell.com)

Ранние системы HAR были гораздо более ограничены. Они могли обрабатывать лишь несколько простых повторяющихся действий в контролируемой среде и часто с трудом справлялись с реальными ситуациями.

Сегодня, благодаря ИИ и огромным объемам видеоданных, HAR значительно продвинулся как в точности, так и в надежности. Современные системы могут распознавать широкий спектр действий с гораздо большей точностью, что делает технологию практичной для таких сфер, как здравоохранение, безопасность и интерактивные устройства.

Link to this sectionРазличные методы детектирования действий человека#

Теперь, когда ты лучше понимаешь, что такое распознавание действий человека, давай взглянем на различные способы, которыми машины могут распознавать действия людей.

Вот некоторые распространенные методы:

• Сенсорные методы: Умные устройства, такие как акселерометры, носимые гаджеты и смартфоны, могут считывать сигналы непосредственно с тела человека. Они могут показывать паттерны движения, такие как ходьба, бег или даже стояние на месте. Шагомер на умных часах — отличный пример этого метода.
• Методы на основе компьютерного зрения: Камеры в сочетании с компьютерным зрением анализируют изображения и видео, отслеживая, как тело выглядит и движется кадр за кадром. Это позволяет распознавать более сложные действия. Телевизоры или игровые системы с управлением жестами опираются на этот метод.
• Мультимодальные методы: Это комбинация датчиков и камер, которая создает более надежную систему, так как один источник может подтвердить то, что обнаружил другой. Например, носимое устройство может фиксировать движение, пока камера проверяет позу — установка, часто используемая для обнаружения падений в уходе за пожилыми людьми.

Link to this sectionРоль наборов данных в распознавании активности человека#

Для любой модели или системы HAR наборы данных являются отправной точкой. Набор данных HAR — это коллекция примеров, таких как видеоклипы, изображения или данные датчиков, которые фиксируют действия, например, ходьбу, сидение или махание рукой. Эти примеры используются для обучения ИИ-моделей распознаванию паттернов движений человека, которые затем могут быть применены в реальной жизни.

Качество обучающих данных напрямую влияет на производительность модели. Чистые и согласованные данные позволяют системе точнее распознавать действия.

Вот почему наборы данных часто проходят предварительную обработку перед обучением. Один из распространенных шагов — нормализация, которая масштабирует значения согласованным образом, чтобы уменьшить ошибки и предотвратить переобучение (когда модель хорошо работает на обучающих данных, но с трудом справляется с новыми).

Чтобы оценить, как модели работают вне обучения, исследователи опираются на метрики оценки и эталонные наборы данных, которые позволяют проводить честное тестирование и сравнение. Популярные коллекции, такие как UCF101, HMDB51 и Kinetics, включают тысячи размеченных видеоклипов для детектирования действий человека. Со стороны датчиков данные, собранные со смартфонов и носимых устройств, предоставляют ценные сигналы движения, которые делают модели распознавания более устойчивыми в различных условиях.

Рис 2. Взгляд на набор данных для распознавания активности человека. (Источник)

Link to this sectionКак компьютерное зрение поддерживает распознавание активности человека#

Из всех способов детектирования действий человека компьютерное зрение быстро стало одним из самых популярных и широко исследуемых. Его главное преимущество заключается в способности извлекать богатые детали непосредственно из изображений и видео. Анализируя пиксели кадр за кадром и изучая паттерны движения, оно может распознавать активность в режиме реального времени без необходимости носить дополнительные устройства.

Недавний прогресс в глубоком обучении, особенно в сверточных нейронных сетях (CNN), разработанных для анализа изображений, сделал компьютерное зрение быстрее, точнее и надежнее.

Например, широко используемые современные модели компьютерного зрения, такие как Ultralytics YOLO11, построены на этих достижениях. YOLO11 поддерживает такие задачи, как обнаружение объектов, сегментация экземпляров, отслеживание людей между кадрами видео и оценка поз человека, что делает его отличным инструментом для распознавания активности человека.

Link to this sectionОбзор Ultralytics YOLO11#

Ultralytics YOLO11 — это модель ИИ зрения, разработанная как для скорости, так и для точности. Она поддерживает ключевые задачи компьютерного зрения, такие как обнаружение объектов, отслеживание объектов и оценка позы. Эти возможности особенно полезны для распознавания активности человека.

Обнаружение объектов находит и определяет местоположение людей на сцене, отслеживание следит за их перемещениями в кадрах видео для распознавания последовательностей действий, а оценка позы сопоставляет ключевые суставы тела человека, чтобы различать похожие действия или обнаруживать внезапные изменения, например, падение.

Например, данные модели можно использовать, чтобы отличить человека, который сидит спокойно, затем встает и наконец поднимает руки, чтобы поприветствовать кого-то. Эти простые повседневные действия могут казаться похожими на первый взгляд, но имеют совершенно разное значение при анализе в последовательности.

Рис 3. Использование Ultralytics YOLO11 для оценки позы. (Источник)

Link to this sectionРеальные приложения компьютерного зрения и HAR#

Далее давай подробнее рассмотрим, как распознавание активности человека на базе компьютерного зрения применяется в реальных сценариях, которые влияют на нашу повседневную жизнь.

Link to this sectionЗдравоохранение и благополучие#

В здравоохранении небольшие изменения в движении могут дать полезную информацию о состоянии человека. Например, спотыкание пожилого пациента или угол наклона конечности во время реабилитации могут выявить риски или прогресс. Такие признаки часто легко упустить при традиционных методах проверки, например, на осмотрах.

YOLO11 может помочь, используя оценку позы и анализ изображений для мониторинга пациентов в режиме реального времени. Его можно использовать для обнаружения падений, отслеживания упражнений при восстановлении и наблюдения за повседневными действиями, такими как ходьба или растяжка. Поскольку он работает через визуальный анализ без необходимости в датчиках или носимых устройствах, он предлагает простой способ сбора точной информации, поддерживающей уход за пациентами.

Рис 4. Отслеживание движений тела с помощью поддержки оценки позы в YOLO11. (Источник)

Link to this sectionБезопасность и наблюдение#

Системы безопасности полагаются на быстрое обнаружение необычной активности человека, например, когда кто-то слоняется, бежит в запретной зоне или проявляет внезапную агрессию. Эти признаки часто пропускаются в оживленных местах, где охранники не могут следить за всем вручную. Именно здесь на помощь приходят компьютерное зрение и YOLO11.

YOLO11 делает мониторинг безопасности проще, обеспечивая видеонаблюдение в реальном времени, которое может обнаруживать подозрительные движения и мгновенно отправлять оповещения. Он поддерживает безопасность толпы в общественных местах и усиливает обнаружение вторжений на частных территориях.

При таком подходе охранники могут работать бок о бок с системами компьютерного зрения, создавая взаимодействие и партнерство между человеком и компьютером, что позволяет быстрее и своевременнее реагировать на подозрительные действия.

Link to this sectionПлюсы и минусы использования компьютерного зрения для HAR#

Вот некоторые преимущества использования компьютерного зрения для распознавания активности человека:

• Масштабируемость: После настройки одна и та же система распознавания может автоматически контролировать сразу нескольких людей, что полезно для автоматизации в медицинских учреждениях, на фабриках и в общественных местах.
• Обработка в реальном времени: ИИ-решения для зрения могут использоваться для анализа видеопотоков по мере их поступления, что позволяет быстрее реагировать.
• Неинвазивное отслеживание: В отличие от носимых устройств или датчиков, оно не требует от людей носить какие-либо гаджеты, позволяя анализировать поведение естественным и легким способом.

Хотя использование компьютерного зрения для HAR имеет много преимуществ, есть и ограничения, которые стоит учитывать. Вот некоторые факторы, которые стоит помнить:

• Проблемы конфиденциальности: Видеонаблюдение может вызывать вопросы, связанные с защитой данных и согласием, особенно в чувствительных средах, таких как дома или рабочие места.
• Потенциальная предвзятость: Если обучающим наборам данных не хватает разнообразия, алгоритмы могут неверно интерпретировать действия определенных групп людей, что приведет к несправедливым или неточным результатам.
• Чувствительность к среде: Точность может упасть из-за плохого освещения, фонового шума или частичного перекрытия людей, что означает, что системы должны быть тщательно спроектированы.

Link to this sectionОсновные выводы#

Искусственный интеллект и компьютерное зрение позволяют машинам распознавать действия человека точнее и в реальном времени. Анализируя кадры видео и паттерны движений, эти системы могут идентифицировать как повседневные жесты, так и внезапные изменения. По мере развития технологий распознавание активности человека выходит за пределы исследовательских лабораторий, становясь практическим инструментом для здравоохранения, безопасности и повседневных приложений.

Узнай больше об ИИ, посетив наш GitHub-репозиторий и присоединившись к нашему сообществу. Ознакомься с нашими страницами решений, чтобы узнать об ИИ в робототехнике и компьютерном зрении в производстве. Узнай наши варианты лицензирования, чтобы начать работу с ИИ зрения.