Exploration of Self-Learning Radar-based Applications for Activity Recognition and Health Monitoring

Resum

La monitorización mediante sensores ha demostrado su eficacia en muchos entornos para determinar el estado de salud de las personas y proteger su seguridad, incluso en circunstancias difíciles como la pandemia de COVID- 19. En muchas aplicaciones, gracias a la detección sin contacto preservando la privacidad, los sistemas basados en ondas de radio son más versátiles que los basados en sensores tradicionales. La vigilancia de la salud y la vida asistida son dos buenos ejemplos de cómo que son estos sistemas se están generalizando en las aplicaciones cotidianas. Un buen rendimiento en estas complejas tareas de supervisión y reconocimiento se consigue a menudo mediante el aprendizaje automático. En particular, el aprendizaje profundo puede ayudar en la extracción de características, la optimización del rendimiento de los algoritmos y la predicción. Sin embargo, para aprender a abordar los problemas con eficacia, los modelos generados suelen necesitar acceso a una cantidad considerable de datos. Además, la preparación de los datos puede llevar mucho tiempo y ser onerosa, especialmente cuando la manejan especialistas o cuando se requiere en sistemas en tiempo real. Las técnicas de few-shot learning resuelven estos problemas adaptando los modelos para que aprendan por sí mismos a extraer información significativa a partir de datos limitados. Esto es posible aprovechando el contexto de aprendizaje y los conocimientos adquiridos previamente. Esta tesis doctoral es el resultado de una investigación sobre la exploración de técnicas de few-shot learning para aplicaciones basadas en radares en el reconocimiento de actividades y la monitorización de la salud. La investigación se ha realizado restringiendo la adaptación de soluciones basadas en radar a unos pocos datos, asegurando la robustez de la generalización del contexto. El objetivo principal ha sido investigar los usos de datos limitados en aplicaciones sin contacto muy diferentes, cada una con sus propios contextos y requisitos. La tecnología de radar de ondas milimétricas y el few-shot learning se han utilizado para el reconocimiento de gestos de la mano, el recuento de personas y la estimación de señales respiratorias humanas. Estas aplicaciones requieren un preprocesamiento específico de la información, que va desde los desplazamientos milimétricos de las señales vitales hasta la distancia debida a individuos en movimiento. Se ha explorado la estrategia de aprendizaje por generalización para la adaptación al contexto y al usuario, teniendo en cuenta también el preprocesamiento. Algunos de los algoritmos se adaptaron para ejecutarse en dispositivos periféricos (edge), lo que permite la estimación y adaptación de las prestaciones end to end. La investigación se ha realizado bajo un contrato doctoral en las instalaciones de Infineon Technologies AG, en su sede principal de Múnich, Alemania.