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Enregistrement W4383555203 · doi:10.1038/s41598-023-36490-w

Transformer-based hand gesture recognition from instantaneous to fused neural decomposition of high-density EMG signals

2023· article· en· W4383555203 sur OpenAlexafffund
Mansooreh Montazerin, Elahe Rahimian, Farnoosh Naderkhani, S. Farokh Atashzar, Svetlana Yanushkevich, Arash Mohammadi

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMuscle activation and electromyography studies
Établissements canadiensUniversity of CalgaryConcordia University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMinistère de la Défense Nationale
Mots-clésComputer scienceGestureSpeech recognitionTransformerPattern recognition (psychology)Artificial intelligenceEngineeringElectrical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Designing efficient and labor-saving prosthetic hands requires powerful hand gesture recognition algorithms that can achieve high accuracy with limited complexity and latency. In this context, the paper proposes a Compact Transformer-based Hand Gesture Recognition framework referred to as [Formula: see text], which employs a vision transformer network to conduct hand gesture recognition using high-density surface EMG (HD-sEMG) signals. Taking advantage of the attention mechanism, which is incorporated into the transformer architectures, our proposed [Formula: see text] framework overcomes major constraints associated with most of the existing deep learning models such as model complexity; requiring feature engineering; inability to consider both temporal and spatial information of HD-sEMG signals, and requiring a large number of training samples. The attention mechanism in the proposed model identifies similarities among different data segments with a greater capacity for parallel computations and addresses the memory limitation problems while dealing with inputs of large sequence lengths. [Formula: see text] can be trained from scratch without any need for transfer learning and can simultaneously extract both temporal and spatial features of HD-sEMG data. Additionally, the [Formula: see text] framework can perform instantaneous recognition using sEMG image spatially composed from HD-sEMG signals. A variant of the [Formula: see text] is also designed to incorporate microscopic neural drive information in the form of Motor Unit Spike Trains (MUSTs) extracted from HD-sEMG signals using Blind Source Separation (BSS). This variant is combined with its baseline version via a hybrid architecture to evaluate potentials of fusing macroscopic and microscopic neural drive information. The utilized HD-sEMG dataset involves 128 electrodes that collect the signals related to 65 isometric hand gestures of 20 subjects. The proposed [Formula: see text] framework is applied to 31.25, 62.5, 125, 250 ms window sizes of the above-mentioned dataset utilizing 32, 64, 128 electrode channels. Our results are obtained via 5-fold cross-validation by first applying the proposed framework on the dataset of each subject separately and then, averaging the accuracies among all the subjects. The average accuracy over all the participants using 32 electrodes and a window size of 31.25 ms is 86.23%, which gradually increases till reaching 91.98% for 128 electrodes and a window size of 250 ms. The [Formula: see text] achieves accuracy of 89.13% for instantaneous recognition based on a single frame of HD-sEMG image. The proposed model is statistically compared with a 3D Convolutional Neural Network (CNN) and two different variants of Support Vector Machine (SVM) and Linear Discriminant Analysis (LDA) models. The accuracy results for each of the above-mentioned models are paired with their precision, recall, F1 score, required memory, and train/test times. The results corroborate effectiveness of the proposed [Formula: see text] framework compared to its counterparts.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,036
Score d'incertitude au seuil0,516

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,230
Écart entre enseignants0,214 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations68
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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