CN102508250A

CN102508250A - 超声波方式的无线动作识别方法及其装置

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Publication number: CN102508250A
Application number: CN2011103303604A
Authority: CN
Inventors: 陈拥权; 刘思杨; 牛涛; 王略志; 张军
Original assignee: Hefei Huanjing Information Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Shuanghuan Driveline Co ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: CN102508250B

Abstract

本发明公开了一种超声波方式的无线动作识别方法及其装置。其装置包括X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源和超声波识别与检测装置。其方法是基于被动接收、主动识别原理，将超声波识别与检测装置与被测目标的识别点绑定，X方向、Y方向和Z方向3只超声波发射源分别发出不同频率的超声波，由超声波识别与检测装置接收后滤波、整形和测算周期，然后发送到上位机系统数据处理，即可得到识别点运动的速度、位移和加速度等信息。其优点是，被识别目标之间几乎不存在相互间的干扰，系统可同时进行多个目标识别，所有的运动参数都是同一个坐标系，运动参数的计算速度快，适合于大型设备等的智能监控、运动分析等多个领域。

Description

超声波方式的无线动作识别方法及其装置

[技术领域]

本发明涉及一种大型目标的无线动作识别方法，尤其涉及一种超声波方式的无线动作识别方法及其装置。

[背景技术]

动作识别是当前研究的重要方向之一，在智能监控、运动分析等领域有着广泛的应用前景。目前，已经出现了多种多样的动作识别方法及设备。中国专利申请号200810232110.5公开了一种视角无关的动作识别方法，采用的是视觉监控与识别技术；中国专利申请号200910002876.9公开了一种三维动作识别方法与系统，主要利用运动传感器提取目标的信息，并通过数据库比较来实现目标动作的识别；中国专利申请号200310109070.2公开了一种红外目标检测跟踪与识别系统，主要是利用红外技术获取图像信息，并通过数字信号处理器DSP板卡对目标进行跟踪和识别。以上几种识别方法尽管有效，但各自均存在一定的局限性，如视觉方法的动作识别方法复杂程度高，抗干扰性差等。

中国专利申请号200480044281.5公开了一种用于探测目标运动的超声波方法和设备，主要是采用超声图像扫描装置获取目标的三维数据集，并将其分成多个体积单元，通过计算不同时间短上的体积变化来获得目标对应时间的层位信息。该方法应用范围相对窄，主要适用于探测心室和心房的收缩运动信息，而且复杂程度高，系统运算处理工作量大。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种超声波方式的无线动作识别方法，降低动作识别系统的复杂程度，提高动作识别系统的稳定性和抗干扰性，适于大型目标的动作识别。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种用于大型目标动作识别的无线动作识别装置。

对于超声波方式的无线动作识别方法，本发明采用的技术方案是，一种超声波方式的无线动作识别方法，包括以下步骤：

(1)在被测目标的周围分别设置X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源，并将超声波识别与检测装置与被测目标的识别点绑定；X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源分别位于等边三角形的三个顶点；

(2)X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源分别发出不同频率的超声波，且超声波在介质中分别指向坐标轴的原点，且有着相同的传播速度；

(3)超声波识别与检测装置内置的超声波传感器采集到X方向、Y方向和Z方向的超声波信号；

(4)将采集到的超声波信号放大；

(5)分别对放大后的X方向、Y方向和Z方向的超声波信号进行滤波处理，获得滤波后的超声波信号；滤波的中心频率分别与X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源发出的超声波频率相同；

(6)分别对滤波后的X方向、Y方向和Z方向的超声波信号进行整形，得到标准的矩形波；

(7)分别检测出X方向、Y方向和Z方向的超声波周期数据；

(8)采用无线通讯方式将获得的超声波数据传送至上位机系统；

(9)综合处理X、Y、Z三个方向超声波的周期数据，即可得到识别点运动的速度、位移和加速度等信息；

(10)采用上述相同步骤，在大型设备的其它识别点上设置相同的超声波检测与识别装置，获得其它识别点的速度、位移、加速度等运动信息，从而综合得到大型设备的整体动作信息。

作为优选，上述的超声波识别与检测装置被动接受来自X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源的超声波，主动识别超声波信号后并发送出去。

作为优选，上述步骤(7)中周期检测是利用矩形波的上升沿触发计时器，从而分别测得X方向、Y方向和Z方向上的超声波信号的周期。

作为优选，上述步骤(8)采用的无线通讯方式可以是无线电波或微波或蓝牙或红外线无线通讯方式。

对于用于大型目标动作识别的无线动作识别装置，本发明采用的技术方案是，一种超声波方式的无线动作识别装置，包括X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源和超声波识别与检测装置。

作为优选，超声波识别与检测装置包括超声波传感器、前放电路、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一整形电路、第二整形电路、第三整形电路、第一周期检测电路、第二周期检测电路、第三周期检测电路和无线发送装置。

作为优选，超声波传感器与前放电路连接，前放电路分别与第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器连接；第一带通滤波器与第一整形电路、第一周期检测电路串接，第二带通滤波器与第二整形电路、第二周期检测电路串接，第三带通滤波器与第三整形电路、第三周期检测电路串接；第一周期检测电路、第二周期检测电路、第三周期检测电路与无线发送装置连接。

作为优选，无线发送装置采用无线电波或微波或蓝牙或红外线无线通讯方式。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的适于大型目标的无线动作识别方法及其装置，是基于被动接收，主动识别的原理。因此，被识别目标之间几乎不存在相互间的干扰，系统可同时进行多个目标识别，没有理论识别上限；系统参用的坐标系是静止坐标系，所有的运动参数都是同一个坐标系，因此，运动参数的计算速度快，大大缩减了系统处理的工作量，有利于系统的快速响应，适合广泛应用于大型设备等的智能监控、运动分析等多个领域。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的超声波发射源分布示意图。

图2为本发明的超声波识别与检测装置结构示意图。

[具体实施方式]

结合图1和图2，以下介绍超声波方式对大型设备的无线动作识别方法的具体实施方式。

如图1所示，将超声波识别与检测装置1与大型设备绑定，并在大型设备的周围放置X方向超声波发射源2、Y方向超声波发射源3、Z方向超声波发射源4，他们分别为三束不同发射频率的超声波发射装置，且超声波在介质中分别指向三维坐标轴的原点，且有着相同的传播速度V，他们的发射出的超声波频率分别为fx、fy、fz。

在图2中，超声波传感器11采集到超声波信号，经前放电路12信号放大处理后，由带通滤波器13、带通滤波器14、带通滤波器15分别对X方向、Y方向和Y方向的三路超声波信号进行滤波处理，获得滤波后的超声波信号。其中带通滤波器13、带通滤波器14、带通滤波器15的中心频率分别与X方向超声波发射源2、Y方向超声波发射源3和Z方向超声波发射源4发出的超声波频率相同。

整形电路16、整形电路17、整形电路18分别对滤波后的X方向、Y方向和Y方向的三路超声波信号进行整形，得到标准的矩形波。

利用矩形波的上升沿触发计时器的方式，周期检测电路19、周期检测电路20、周期检测电路21分别检测出X方向、Y方向和Y方向的超声波周期数据Tx、Ty、Tz。然后通过无线发送装置22将获得的超声波数据传送至上位机系统。

无线发送装置视测试地的无线通信条件，可以分别采用无线电波或微波或蓝牙或红外线无线通讯方式。

按上述相同方法，在大型设备的设置其它识别点也绑定有同样的超声波检测与识别装置1，从而获得其它识别点的超声波数据。

超声波数据处理方法：

根据多普勒效应的原理，可以计算得到运动目标在X、Y、Z三个方向上的速度Vx、Vy、Vz。

v_{x} = (1 - \frac{1}{Tx \cdot fx}) V - - - (1)

v_{y} = (1 - \frac{1}{Ty \cdot fy}) V - - - (2)

v_{z} = (1 - \frac{1}{Tz \cdot fz}) V - - - (3)

以时间Δt为时间间隔对被检测物体的速度进行抽样检测，近似认为在Δt的时间区段内，物体是以匀速运动的。因此，在此时间区段内，它的位移ΔP为：

ΔP [ΔPx, ΔPy, ΔPz] = V \cdot Δt = [(1 - \frac{1}{Tx \cdot fx}) \cdot V \cdot Δt, (1 - \frac{1}{Ty \cdot fy}) \cdot V \cdot Δt, (1 - \frac{1}{Tz \cdot fz}) \cdot V \cdot Δt] - - - (4)

加速度A为：

A＝Δv/Δt (5)

通过以上方法，即可获得大型设备上各个识别点处的速度、位移、加速度等相关信息。这样可获得目标动作的整体信息。

Claims

1.一种超声波方式的无线动作识别方法，适于大型目标的动作识别，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在被测目标的周围分别设置X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源，并将超声波识别与检测装置与被测目标的识别点绑定；所述X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源分别位于等边三角形的三个顶点；

(4)将采集到的超声波信号放大；

(5)分别对放大后的X方向、Y方向和Z方向的超声波信号进行滤波处理，获得滤波后的超声波信号；滤波所采用的中心频率分别与X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源发出的超声波频率相同；

(7)分别检测出X方向、Y方向和Z方向的超声波周期数据；

2.根据权利要求1所述的无线动作识别方法，其特征在于，所述的超声波识别与检测装置被动接受来自X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源和Z方向超声波发射源的超声波，主动识别超声波信号后并发送出去。

3.根据权利要求1所述的无线动作识别方法，其特征在于，所述步骤(7)中周期检测是利用矩形波的上升沿触发计时器，从而分别测得X方向、Y方向和Z方向上的超声波信号的周期。

4.根据权利要求1所述的无线动作识别方法，其特征在于，所述步骤(8)采用的无线通讯方式是无线电波或微波或蓝牙或红外线无线通讯方式。

5.一种超声波方式的无线动作识别装置，其特征在于，包括X方向超声波发射源、Y方向超声波发射源、Z方向超声波发射源和超声波识别与检测装置。

6.根据权利要求5所述的无线动作识别装置，其特征在于，所述的超声波识别与检测装置包括超声波传感器、前放电路、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一整形电路、第二整形电路、第三整形电路、第一周期检测电路、第二周期检测电路、第三周期检测电路和无线发送装置。

7.根据权利要求6所述的无线动作识别装置，其特征在于，所述的超声波传感器与前放电路连接，所述前放电路分别与第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器连接；所述第一带通滤波器与第一整形电路、第一周期检测电路串接，所述第二带通滤波器与第二整形电路、第二周期检测电路串接，所述第三带通滤波器与第三整形电路、第三周期检测电路串接；所述第一周期检测电路、第二周期检测电路、第三周期检测电路与无线发送装置连接。

8.根据权利要求6-7任何一项所述的无线动作识别装置，其特征在于，所述无线发送装置采用无线电波或微波或蓝牙或红外线无线通讯方式。