CN102331302A - 用于监视在被监视区域中人的存在的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于监视在被监视区域中人的存在的系统和方法。本发明涉及一种用于监视被监视区域(20)中人的存在的系统(10)和相应的方法。为了可靠地监视人的存在，系统(10)包括：被动辐射计(12)，其检测从预定的被监视区域(20)发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射并且根据检测到的辐射生成辐射信号；辐射信号处理器(14)，其处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域(20)中人的存在与否的监视信号；以及应用控制器(16)，其基于所述监视信号来控制应用。
Description
技术领域
本发明涉及用于监视在被监视区域中人的存在的系统。另外，本发明涉及相应的方法、用于控制所述系统的计算机程序以及用于存储这种计算机程序的计算机可读非暂态介质。
背景技术
存在这样的应用，其中，检测一个人在某个(被监视)区域的内部还是外部(例如是否在床上)，将是有用的。这种应用例如包括：
-不移动或应当不移动的患者被预期是在床上的。每个床外事件被认为是潜在的紧急情况(例如，患者可能从床上跌落)，这种紧急情况要求某个人员来检查是否一切正常。
-患痴呆症的人或者较小的儿童在夜间离开床时可能找不着方向，因此可能希望一旦发生此情况就通知某个负责的人。
-儿童可能需要灯光才能入睡。当在床上时，灯光应当在若干时间之后被关闭(有利地，在儿童入睡之后关闭)。当儿童离开床时，灯光应当再次被开启，以免儿童害怕，然后再次关闭灯光的周期应当被重启。
上述的第一和第二种应用常被归类在“防跌落和漫游”(fall andwandering prevention)或类似的术语下。所有这些应用的共同之处在于一个系统应当检测某人何时在床上以及之后何时不再在床上了。这些应用的不同之处主要在于在检测到之后会发生什么。
在“防跌落和漫游”市场上，有若干的产品。这种产品的示例有：
SafeBed(Emfit Ltd.)
此系统结合床垫下的压力传感器使用。只要压力有变化(例如由于人离开床)，就发起诸如通知医疗人员之类的动作。此类系统的问题在于：
a)该功能依赖于床垫下的压力传感器。因此，为了区分相关事件和 无关事件(例如离开床和在床上移动)，对于压力变化有一定的阈值。这经常导致对于要监视的人有最小体重要求。
b)由于传感器是在床上的，所以每个床都需要配备有该系统。
SecNurse(Optex)
此系统由传统的相机构成，该相机具有红外照射和一些处理能力，以便检测被限定为包含床的区域外部的图像变化。此类系统的问题在于难以区分相关事件和无关事件。图片的任何变化都可导致发起动作，例如宠物穿行于房间中。另外，很难发现人在床上，因为例如在此情形下毯子会覆盖人的大部分。此外，系统性能依赖于房间中的光线情形。
此外，有若干系统采用监视区域(例如床边的一个区域)的运动传感器。一旦传感器检测到被监视区域中的运动，它就发起某个动作。此类系统的问题在于其难以区分相关事件和无关事件。任何检测到的运动都可导致发起动作，例如宠物穿行于房间中。另外，不可能看到人在床上，因为只能监视床外部的区域。
除了“防跌落和漫游”市场以外，也有其他产品/概念包括“床上人检测”功能。例如，一类系统的目标是检测躺在床上的人的呼吸运动和/或心跳。通常，这些系统使用某类雷达功能，例如2.4GHz的。如果未能检测到呼吸或心跳，则该人或者已死去，或者离开了被监视区域。此类系统的问题是：a)系统使用主动辐射，这在临床环境中可能是不合需要的，或者可能是被监视的人不想要的。b)“死去”或“离开了床”是可能导致对情况严重性的低估或高估的很不相同的事件原因，而低估或高估都是不合需要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监视被监视区域中人的存在的系统和相应的方法，其克服了上述问题并且可以在上述场景中可靠地检测人，而无需大量额外的硬件或软件开销。本发明的另一个目的是提供一种用于控制这种系统的计算机程序和用于存储这种计算机程序的计算机可读非暂态介质。
根据本发明的一个方面，提供了一种如权利要求1中限定的用于监视被监视区域中人的存在的系统，包括：
-被动辐射计，其检测从预定的被监视区域发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射并且根据检测到的辐射生成辐射信号，
-辐射信号处理器，其处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域中人的存在与否的监视信号，以及
-应用控制器，其基于所述监视信号来控制应用。
根据本发明的另一方面，提供了一种相应的方法。
根据其他方面，提供了一种包括程序代码装置的计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时，所述程序代码装置用于控制根据本发明的系统执行根据本发明的方法的步骤，并且提供了一种存储有指令的计算机可读非暂态介质，所述指令当在计算机上被执行时，控制根据本发明的系统执行根据本发明的方法的步骤。
本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。应当理解，请求保护的方法、请求保护的计算机程序和请求保护的计算机可读介质具有与请求保护的系统相似和/或相同的、在从属权利要求中限定的优选实施例。
本发明基于的是如下的想法：利用被动辐射成像的技术，即利用被动毫米波或微米波辐射计(即能够在GHz和THz频率范围内尤其是从30GHz到30THz的范围内检测的辐射计)，来检测人在被监视区域中还是被监视区域外。这种被动辐射度检测不要求用于照射被监视区域(或被监视区域内的人)的照射源，而只是检测例如由人(或动物)自身发出的辐射。人即使在毯子下和/或穿着衣服也能被检测。另外，根据检测到的辐射生成的辐射信号甚至允许了区分人类大小的身体与例如宠物(例如猫或狗)大小的身体。也不需要为床配备这种系统，而是必要的硬件可以是固定或移动的，安装在房间中，例如安装在医院的病房中或安装在家中人的床上方。此外，对被监视区域中人的存在状态的可靠检测也不像以上说明的已知系统中的某些那样依赖于人的体重或大小。与已知系统相比，还预期到根据本发明的系统将会导致更少的假“阳性”，即虽然人实际上在被监视区域内，但监视信号却表明人不在被监视区域中。
根据本发明，基于表明是否检测到人在或不在被监视区域中的监视信号，应用控制器控制应用。换言之，取决于此系统的相应用途，例如如果检测到人不再存在于被监视区域中，例如已跌落到床外，则可以发起某个应用。这种应用例如可包括给出紧急警报、使某个电话号码或寻呼器振铃、开启房间中的灯光等等。
根据本发明的另一方面，提供了一种如权利要求13中限定的用于监视被监视区域中人的存在的系统，包括：
-被动辐射计装置，用于检测从预定的被监视区域发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射并且根据检测到的辐射生成辐射信号，
-辐射信号处理装置，用于处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域中人的存在与否的监视信号，以及
-应用控制装置，用于基于所述监视信号来控制应用。
附图说明
以下将参考下文所述的实施例来更详细说明本发明的这些和其他方面，从这些实施例中将清楚本发明的这些和其他方面。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的系统的示意图，
图2示出了根据本发明的传感器子系统的第一实施例的示意图，
图3示出了根据本发明的传感器子系统的第二实施例的示意图，
图4示出了根据本发明的传感器子系统的第三实施例的示意图，
图5示出了根据本发明的传感器子系统的第四实施例的示意图，并且
图6示出了图示根据本发明的系统的应用的示图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的系统10的框图，该系统10用于监视在被监视区域20中人(未示出)的存在。所述系统10包括传感器子系统(也称为被动辐射计)12、检测子系统(也称为辐射信号处理器)14和应用逻辑子系统(也称为应用控制器)16。优选，设有外部接口18(也称 为应用接口)。在这里的这个示例中，提供该系统是用于监视某个人(例如医院的病房中的患者)是否存在于被监视区域20中，尤其是否躺在床22上，还是例如已跌落到床22外。
传感器子系统(被动辐射计)12包括通常在从30GHz到30THz的频率范围内的被动毫米波(或微米波)(或千兆赫或太赫)传感器。它通过接收mm波(或μm波)(或千兆赫或太赫)范围中的辐射来监视被监视区域20。一般地，所接收的辐射被传感器转换成指示所接收辐射的量的辐射信号。这些辐射信号被提供给检测子系统14。
对于被动辐射计12的实现方式，存在不同的可能性。一种可能的实现方式是使用如图2至4所示的单个辐射度传感器(也称为辐射度单元)。
当涉及到多少个空间上不同的测量形成被监视区域20这个问题时，也存在不同的可能性。在尺度的一端，辐射度传感器12a适用于通过单次测量(即单个辐射度传感器12a的一次摄取)来检测来自整个被监视区域的辐射，如图2所示，从而覆盖整个被监视区域20。在此情况下，可以利用单像素传感器随着时间的流逝测量到的辐射的量来将人与例如宠物区分开来(例如由检测子系统14区分)。一般地，图2所示的单个辐射计12a包括天线21(示意性地示出)，该天线21具有宽天线方向图(例如宽接收束或者宽灵敏性剖面)11a，其中检测到辐射，并且其对应于被监视区域20。在此实施例中，辐射度传感器12a是固定的。在检测后，辐射信号被提供给处理器(检测子系统)14，优选在被模拟到数字(ADC)转换器13数字化之后提供给处理器14。
在尺度的另一端，辐射度传感器可以测量多个空间上不同的测量。这例如可通过采用用于机械地和/或电子地移动单个辐射度传感器的装置来确立。单个辐射度传感器12b被机械移动的实施例在图3中示出。在此实施例中，单个辐射度传感器12b包括一天线，该天线具有尖锐的天线方向图11b，其限定了像素的大小，通过该像素检测来自被监视区域20的辐射，被监视区域20基本上对应于天线方向图11b在其上移动的区域的包络。包括该天线的辐射度传感器12b被附接到马达24，该马达24代表辐射计 移动装置。所述马达24可以在高度方向和/或方位方向上移动辐射计传感器12b，尤其是其天线，以实现天线方向图11b在被监视区域20上的移动(该移动一般可能是1D或2D的移动，因为取决于特定的应用可能需要1D或2D图像)。该马达由马达控制器26控制。这样，在一个或两个维度上扫描了整个被监视区域20(或所需要的对其的观察区域)。
在此情况下，可以利用在被监视区域20中具有人的测量签名的像素的数目来将人与例如宠物区分开来(由检测子系统14区分)。另外，在能够测量空间上不同的位置的情况下，系统可支持也监视被监视区域20旁的某个区域的特征，从而例如可指出人已经漫游到了被监视区域20外部(而不是指出人不再在被监视区域中)。另外，利用这种单个辐射度传感器12b可以并行监视多个被监视区域。
单个辐射度传感器12c的天线方向图11c被电子地移动的实施例在图4中示出。为此，设有电子斑(electronic spot)移动装置28。所述电子斑移动装置28例如是由电子束定位装置或电子束形成装置实现的。这种数字束形成装置的示例由N.A.Salmon等人在“Digital Beam-Forming forPassive Millimetre Wave Security Imaging”，Antennas and Propagation，2007，EuCAP 2007，Nov.2007pp.1-11中描述。这些电子斑移动装置28由束控制单元30控制。
另一个实施例在图5中示意性示出。在此实施例中，多像素辐射度传感器单元12d，即包括多个(至少两个)辐射度传感器12e，每个具有尖锐的天线方向图11d。其也可应用到采用辐射计12c的设备10c，该辐射计12c包括采取线条或阵列状分布的多个辐射计单元13，这被示意性地示为图5中的实施例。各个辐射计单元12e的斑被斑移动装置32在控制器34的控制下移动，其中天线方向图11d或者可以被分别(例如不同地)移动，或者可以被同时、相同地移动。因此，利用这种实施例，与只有单个辐射度传感器的实施例相比，可以节省测量时间。
为了使得被监视区域对安装系统的人可见，使用例如覆盖被监视区域的灯光，将是有利的。
再次参考图1，检测子系统(辐射信号处理器)14接收来自传感器子 系统12的辐射信号，并且判定在被监视区域20内是否有人。检测子系统14或者在做出判定后，或者在此判定与先前判定不同时，即当指出被监视区域20中的“存在状态”(关于是否存在人的指示)有变化时，例如以由检测子系统14生成的指示该判定的监视信号的形式将其判定发送给应用逻辑子系统(应用控制器)16。
为此，检测子系统14在一个实施例中对于单像素辐射度传感器(例如图2中所示的传感器12a)随着时间的流逝测量到的辐射的量采用阈值。具体地，检测子系统14适合于基于根据在预定时间中检测到的辐射生成的所述辐射信号与所述阈值信号之间的比较来生成所述监视信号。所述阈值例如可以在系统安装时确定，并且(例如在校准过程中)针对特定的应用和被监视区域加以适应性修改，以便能够可靠地检测被监视区域中的人的存在与否，而不会导致任何或者至少不会导致太多误检测。
在另一实施例中，检测子系统14在多像素辐射度传感器(例如图5所示的传感器12d或图3和4所示的扫描传感器12b、12c)的情况下对于测量某个辐射的像素的数目采用阈值。在该实施例中，检测子系统14也适合于基于根据在预定时间中检测到的辐射生成的所述辐射信号与所述阈值信号之间的比较来生成所述监视信号。然而，在此情况下，阈值信号指示出检测到从被监视区域20内的人发出的辐射的辐射度传感器(或辐射计单元)或像素的数目。例如，如果在某个人存在于被监视区域中的情况下，对于20个像素，检测到了超过一定限度的辐射(表明辐射来自人而不是背景)，并且此数目下降到预定阈值数目以下(例如5个)，则这被解读为该人离开了被监视区域。因此，在这种实施例中，监视信号是从多个辐射信号确定的，这通过使用多个测量而不是只一个来对于测量毛刺做出了额外补偿。
应用逻辑子系统(应用控制器)16通过监视信号来得到检测子系统14关于被监视区域20是否包含人的及时判定，或者在状态从“在被监视区域中有人”变到“被监视区域中无人”或者从“被监视区域中无人”变到“被监视区域中有人”的情况下得到通知。应用逻辑子系统16现在依据当前正在执行的具体应用来判定如何做出反应。这种应用的示例是跌落 通知应用、漫游通知应用、或者夜灯应用，这些将在下文中更详细描述。
优选地，在某一时刻，应用逻辑子系统16将判定需要使用某个外部设备。为此，应用逻辑子系统16优选地设有外部接口18。外部接口18将系统连接到外部设备，例如照明器40、铃42或无线发送器44。要连接到外部接口18的外部设备的类型取决于具体的应用。
跌落通知应用针对的是被认为不能移动的人(例如医院中的患者)。每个床外事件因此被认为是潜在的紧急情况(即，患者可能跌落到了床外)。因此，每个床外事件导致通过连接到外部接口18的一个或多个设备通知负责人员。这种设备可以是铃、寻呼器等等。系统优选地保持在紧急模式中，直到它被手动设定成正常操作为止，以便负责人员确认紧急情形已结束。
漫游通知应用针对的是患痴呆症的人或较小的儿童，它们在夜间离开床时可能找不着方向，因此可能希望一旦发生此情况就利用与跌落通知应用中类似的设备来通知某个负责的人。然而，与后者不同的是，系统在再次检测到人在床上事件后自动回到正常模式。
夜灯应用(在图6中示出)针对的是儿童，儿童可能需要灯光才能入睡。当在床上时，灯光应当在若干时间之后被关闭(有利地，在儿童入睡之后关闭；参见图6的b)和c))。当儿童离开床时，灯光应当再次被开启(参见图6的d)和e))，以允许儿童战胜恐惧，然后再次关闭灯光的周期应当被重启。
应当注意，对于此应用，来自传感器子系统的信号除了用在床上/床外判定中以外可能还被以一种不同的方式使用。关于人是否入睡的问题可以利用测量到的来自一个或多个像素的辐射来大致回答。在人清醒的情况下，可预期某种程度的运动，这种运动可导致所使用的辐射的一定波动。当此人睡着时，有可能运动会小得多，从而导致了传感器子系统能够检测到的辐射的波动更小。
很明显，此应用要求灯光是要连接的外部设备。因此，尤其对于此应用，系统尤其是传感器子系统12可与灯光单元集成在单个设备中，例如集成在照明设备或照明器内，优选地与灯泡或可放在标准的螺口灯头中的 单元相集成。
总之，本发明提供了用于可靠地监视被监视区域中人的存在的系统和方法。当人被衣服或毯子所覆盖时或者当被监视区域处于黑暗中时，也可应用所提出的系统和方法。与其他已知的系统相比，假警报的数目可以保持得较低，尤其是在对系统进行适当的校准后更是如此。此外，不需要向被监视区域内的元素(例如床)附接额外的硬件，从而系统可以普遍地用于各种应用、用在各种情形中，例如可以简单地从第一被监视区域移动到另一被监视区域，或者简单地将有另一个人的另一张床移动到被监视区域中，这些都是医院中经常发生的情况。
已经在附图和以上描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述应当被认为是图示性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域的技术人员通过研究附图、说明书和所附权利要求，在实现请求保护的发明时可以了解到并实现对所公开的实施例的其他变化。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“a”或“an”不排除多个。单个元件或其他单元可完成权利要求中记载的若干个项目的功能。某些手段是在相互不同的从属权利要求中记载的，仅仅这个事实并不表明这些手段的组合不能用来获得优点。
计算机程序可被存储在适当的非暂态介质上/在适当的非暂态介质上分发，例如与硬件一起提供或作为硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以其他形式分发，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种用于监视被监视区域(20)中人的存在的系统(10)，包括：
-被动辐射计(12)，其检测从预定的被监视区域(20)发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射并且根据检测到的辐射生成辐射信号，
-辐射信号处理器(14)，其处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域(20)中人的存在与否的监视信号，以及
-应用控制器(16)，其基于所述监视信号来控制应用。
2.如权利要求1所述的系统，
其中，所述辐射计(12)包括检测从所述预定的被监视区域(20)发出的辐射的单个辐射计单元(12a、12b、12c)。
3.如权利要求1所述的系统，
其中，所述辐射计(12d)包括检测从所述预定的被监视区域(20)的具有线条或阵列形式的子区域发出的辐射的一条线或一个阵列式的辐射计单元(12e)。
4.如任何前述权利要求所述的系统，
还包括机械辐射计移动装置(24)，其实现所述辐射计(12b)相对于所述被监视区域(20)的相对移动，以便扫描所述被监视区域。
5.如权利要求1至3中任何一个所述的系统，
还包括电子辐射计移动装置(28)，尤其是电子束定位装置或电子束形成装置，其实现所述辐射计(12c)的灵敏性剖面的电子移动，以便扫描所述被监视区域(20)。
6.如任何前述权利要求所述的系统，
其中，所述辐射信号处理器(14)适合于基于根据在预定时间中检测到的辐射生成的所述辐射信号与阈值信号之间的比较来生成所述监视信号。
7.如权利要求2和6所述的系统，
其中，所述阈值信号指示出辐射计随着时间的流逝而检测到的辐射的量。
8.如权利要求3和6所述的系统，
其中，所述阈值信号指示出检测到从所述被监视区域(20)内的人发出的辐射的辐射计单元和/或像素的数目。
9.如任何前述权利要求所述的系统，
其中，所述辐射信号处理器(14)适合于根据多个辐射信号生成所述监视信号。
10.如任何前述权利要求所述的系统，
还包括应用接口(18)，执行所述应用的外部设备(40、42、44)能够耦合到所述应用接口并且所述外部设备通过所述应用接口能够被所述应用控制器(16)控制。
11.如任何前述权利要求所述的系统，
其中，所述辐射计(12)被集成在照明设备或照明器内，尤其被集成在灯泡内。
12.一种用于监视被监视区域(20)中人的存在的方法，包括以下步骤：
-检测从预定的被监视区域发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射，
-根据检测到的辐射生成辐射信号，
-处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域(20)中人的存在与否的监视信号，以及
-基于所述监视信号来控制应用。
13.一种用于监视被监视区域(20)中人的存在的系统(10)，包括：
-被动辐射计装置(12)，用于检测从预定的被监视区域(20)发出的、在1GHz与100THz之间的预定频率范围中的辐射并且根据检测到的辐射生成辐射信号，
-辐射信号处理装置(14)，用于处理所述辐射信号并且基于经处理的辐射信号生成表明在所述被监视区域(20)中人的存在与否的监视信号，以及
-应用控制装置(16)，用于基于所述监视信号来控制应用。
14.一种包括程序代码装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上被执行时，所述程序代码装置用于控制如权利要求1或13所述的系统执行如权利要求12所述的方法的步骤。
15.一种存储有指令的计算机可读非暂态介质，所述指令当在计算机上被执行时，控制如权利要求1或13所述的系统执行如权利要求12所述的方法的步骤。
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