While millimeter-wave (mmWave) presents advantages for Human Pose Estimation (HPE) through its non-intrusive sensing capabilities, current mmWave-based HPE methods face limitations in two predominant input paradigms: Heatmap and Point Cloud (PC). Heatmap represents dense multi-dimensional features derived from mmWave, but is significantly affected by multipath propagation and hardware modulation noise. PC, a set of 3D points, is obtained by applying the Constant False Alarm Rate algorithm to the Heatmap, which suppresses noise but results in sparse human-related features. To address these limitations, we study the feasibility of providing an alternative input paradigm: Differentiable Physics-driven Human Representation (DIPR), which represents humans as an ensemble of Gaussian distributions with kinematic and electromagnetic parameters. Inspired by Gaussian Splatting, DIPR leverages human kinematic priors and mmWave propagation physics to enhance human features while mitigating non-human noise through two strategies: 1) We incorporate prior kinematic knowledge to initialize DIPR based on the Heatmap and establish multi-faceted optimization objectives, ensuring biomechanical validity and enhancing motion features. 2) We simulate complete mmWave processing pipelines, re-render a new Heatmap from DIPR, and compare it with the original Heatmap, avoiding spurious noise generation due to kinematic constraints overfitting. Experimental results on three datasets with four methods demonstrate that existing mmWave-based HPE methods can easily integrate DIPR and achieve superior performance.


翻译:尽管毫米波(mmWave)凭借其非侵入式感知能力在人体姿态估计(HPE)中展现出优势,但当前基于毫米波的HPE方法在两种主要输入范式上面临局限:热力图与点云(PC)。热力图表示从毫米波信号中提取的密集多维特征,但显著受到多径传播和硬件调制噪声的影响。点云是一组三维点,通过对热力图应用恒虚警率算法获得,该算法能抑制噪声,但会导致与人体相关的特征变得稀疏。为解决这些局限,本研究探讨了提供一种替代输入范式的可行性:可微分物理驱动的人体表征(DIPR),该方法将人体表示为具有运动学和电磁参数的高斯分布集合。受高斯泼溅技术启发,DIPR利用人体运动学先验知识与毫米波传播物理原理,通过两种策略增强人体特征并抑制非人体噪声:1)我们引入运动学先验知识,基于热力图为DIPR提供初始化,并建立多维度优化目标,确保生物力学有效性并增强运动特征。2)我们模拟完整的毫米波处理流程,从DIPR重新渲染生成新的热力图,并将其与原始热力图进行比对,从而避免因运动学约束过拟合而产生的虚假噪声。在三个数据集上使用四种方法进行的实验结果表明,现有基于毫米波的HPE方法可轻松集成DIPR并实现更优性能。

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