CN103308907B - 人体位置的识别方法及装置和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体位置的识别方法及装置和空调器。其中，识别方法包括：多普勒传感器发射检测信号，并接收检测信号遇到目标人体后的回波信号；获取回波信号中的回波能量；确定回波能量在以多普勒雷达传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；获取坐标曲线对应的能量方程，其中，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度；根据能量方程计算目标人体的位置方程；以及根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置。通过本发明，解决了现有技术中无法精确识别人体位置的问题，进而达到了提高识别人体位置的准确度和精确度的效果。

Description

人体位置的识别方法及装置和空调器

技术领域

本发明涉及人体位置识别领域，具体而言，涉及一种人体位置的识别方法及装置和空调器。

背景技术

在现有技术中，通常采用红外线传感器或者图像成像技术进行检测，以获取人体所处的具体位置，但是采用红外传感器进行检测的方式不能很好的解决被动测距问题，采用图像成像技术进行检测的方式算法复杂，误差大和实时性差，导致这两种方式均会造成无法精确地识别人体位置。

针对相关技术中无法精确识别人体位置的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种人体位置的识别方法及装置和空调器，以解决现有技术中无法精确识别人体位置的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种人体位置的识别方法，包括：多普勒传感器发射检测信号，并接收检测信号遇到目标人体后的回波信号；获取回波信号中的回波能量；确定回波能量在以多普勒雷达传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；获取坐标曲线对应的能量方程，其中，能量方程表示相对距离与相对角度之间的能量对应关系，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度；根据能量方程计算目标人体的位置方程，其中，位置方程表示相对距离与相对角度之间的位置对应关系；以及根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置。

进一步地，根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置包括：判断第一坐标位置和第二坐标位置是否满足预设条件，其中，第一坐标位置为根据位置方程在极坐标系中确定的坐标位置，第二坐标位置为根据能量方程在极坐标系中确定的坐标位置；以及在判定第一坐标位置和第二坐标位置满足预设条件时，确定第一坐标位置为目标人体的空间位置。

进一步地，判断第一坐标位置和第二坐标位置是否满足预设条件包括：判断第一坐标位置的极半径与第二坐标位置的极半径之差的绝对值是否小于或等于预设半径值；以及判断第一坐标位置的极角与第二坐标位置的极角之差的绝对值是否小于或等于预设角度值，其中，在判定第一坐标位置的极半径与第二坐标位置的极半径之差的绝对值小于或等于预设半径值，并且判定第一坐标位置的极角与第二坐标位置的极角之差的绝对值小于或等于预设角度值时，确定第一坐标位置为目标人体的空间位置。

进一步地，预设半径值为0.5m；以及预设角度值为5°。

进一步地，通过以下方式计算目标人体的位置方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p(r,\mathrm{\β})}},$

其中，P_t为多普勒传感器发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为目标人体的散射面积，p(r，β)为能量方程，β为相对角度，r为相对距离。

进一步地，在获取坐标曲线对应的能量方程之后，方法还包括：根据预设能量修正方程修正能量方程，其中，根据修正后的能量方程计算目标人体的位置方程。

进一步地，预设能量修正方程包括：

$k\left(\mathrm{\β}\right)=\frac{{\left[\cos (X+\mathrm{\β})\right]}^4}{Y\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2\×r^4},$

其中，k(β)为预设能量修正方程，β为相对角度，r为相对距离，X和Y均为无量纲常数。

进一步地，通过以下公式修正能量方程：

$p^{\′}(r,\mathrm{\β})=\frac{k\left(\mathrm{\β}\right)}{r^2},$

其中，p′(r，β)为修正后的能量方程。

进一步地，通过以下方式计算目标人体的位置方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p^{\′}(r,\mathrm{\β})}},$

得到位置方程为：其中，P_t为多普勒传感器发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为目标人体的散射面积，P_t×G×A_e×σ＝1。

进一步地，在根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置之后，方法还包括：根据目标人体的空间位置对空调器进行控制。

进一步地，根据目标人体的空间位置对空调器进行控制包括：控制空调器的扫风板在预设角度内扫风，其中，目标人体的空间位置位于预设角度的平分线上。

进一步地，根据目标人体的空间位置对空调器进行控制包括：在空调器中查找与相对距离对应的扫风风量，其中，在空调器中存储有扫风风量与相对距离的对应关系；以及控制空调器按照查找到的扫风风量进行扫风。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种人体位置的识别装置，包括：多普勒传感器单元，用于发射检测信号和接收检测信号遇到目标人体后的回波信号；第一获取单元，用于获取回波信号中的回波能量；第一确定单元，用于确定回波能量在以多普勒雷达传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；第二获取单元，用于获取坐标曲线对应的能量方程，其中，能量方程表示相对距离与相对角度的能量对应关系，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度；计算单元，用于根据能量方程计算目标人体的位置方程；以及第二确定单元，用于根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置。

进一步地，识别装置还包括：修正单元，用于根据预设能量修正方程修正能量方程，其中，计算单元根据修正后的能量方程计算目标人体的位置方程。

进一步地，识别装置还包括：控制单元，用于根据目标人体的空间位置对空调器进行控制。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种空调器，包括本发明上述内容所提供的任一种人体位置的识别装置。

通过本发明，采用多普勒传感器发射检测信号，并接收检测信号遇到目标人体后的回波信号；获取回波信号中的回波能量；确定回波能量在以多普勒雷达传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；获取坐标曲线对应的能量方程，其中，能量方程表示相对距离与相对角度之间的能量对应关系，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度；根据能量方程计算目标人体的位置方程，其中，位置方程表示相对距离与相对角度之间的位置对应关系；以及根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置，通过利用多普勒传感器发射检测信号以获取检测信号遇到目标人体后的回波能量，然后确定回波能量在以多普勒传感器为极点的极坐标系中的能量曲线，得到能量曲线方程，进而能够得到反映人体所处空间位置的位置方程，由于能量方程和位置方程在反映人体空间位置上都具有唯一性，因此结合能量方程和位置方程能够准确定位出目标人体所处的空间位置，解决了现有技术中无法精确识别人体位置的问题，进而达到了提高识别人体位置的准确度和精确度的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的识别装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的识别方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的识别方法获取回波能量的示意图；

图4是根据本发明实施例的识别方法确定的回波能量坐标曲线的示意图；

图5是根据本发明实施例的识别方法获取的能量方程在极坐标系中确定的坐标位置；以及

图6是根据本发明实施例的识别方法获取的位置方程在极坐标系中确定的坐标位置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种人体位置的识别装置，图1是根据本发明实施例的识别装置的示意图，如图1所示，该实施例中的识别装置包括：多普勒传感器单元10、第一获取单元20和第二获取单元40、第一确定单元30和第二确定单元60及计算单元50。

具体地，多普勒传感器单元10通过其发射端的雷达天线向外发射扫描检测信号，当检测信号遇到目标人体后会产生回波信号，多普勒传感器单元10的接收端接收所产生的回波信号；第一获取单元20从回波信号中获取回波能量，具体地，可以对发射的检测信号和接收到的回波信号经由混频器进行混频，再由放大滤波电路做进一步处理后，得到回波能量。获取回波能量的过程可以表示为图3。第一确定单元30根据获取到的回波能量在以多普勒传感器所处位置为极点的极坐标系中绘制回波能量的坐标曲线；第二获取单元40获取与坐标曲线对应的能量方程，该能量方程主要以相对距离和相对角度为变量，其中，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的径向距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度；计算单元50对能量方程进行计算，得到目标人体的位置方程，具体计算过程如下：

因为，在雷达方程中，回波能量p(r，β)(其中，r为相对距离，β为相对角度，即，从初始位置开始计量的随着目标人体移动的转动角度)的大小可以表示为回波信号接收功率S的方程，即p(r，β)＝kS，该雷达方程如下：

$R=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×S}},$

在该方程中，R为多普勒雷达的探测半径，P_t为发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为移动目标散射面积，S为接收功率。

因此，将探测半径R和接收功率S均以变量表示，则可以通过上式得到关于r和β的关系方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p(r,\mathrm{\β})}},$

由于能量方程和位置方程在反映人体空间位置上都具有唯一性，因此第二确定单元60结合能量方程和位置方程能够准确定位出目标人体所处的空间位置。

需要说明的是，本发明实施例中的第一获取单元20和第二获取单元40、第一确定单元30和第二确定单元60及计算单元50可以为独立设置的单元，也可以统一为单片机，如图3所示，单片机与放大滤波电路相连接，并通过遥控器确定目标人体的初始位置。

通过本发明实施例的识别装置，解决了现有技术中无法精确识别人体位置的问题，达到了提高识别人体位置的准确度和精确度的效果。

本发明实施例还提供了一种人体位置的识别方法，图2是根据本发明实施例的识别方法的流程图，如图2所示，该实施例中的识别方法包括步骤S202至S212。

S202：多普勒传感器通过其发射端的雷达天线向外发射扫描检测信号，当检测信号遇到目标人体后会产生回波信号，由多普勒传感器的接收端接收所产生的回波信号。

S204：获取回波信号中的回波能量。具体地，可以对发射的检测信号和接收到的回波信号经由混频器进行混频，再由放大滤波电路做进一步处理后，得到回波能量。

S206：确定回波能量在以多普勒雷达传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线。举例说明，检测多普勒的雷达检测信号的空间360度内扫描检测，目标沿A→B方向移动，目标相对模块的散射面积大小近似不变，单片机通过采集此过程中每一时刻的目标回波能量，并将每一时刻的回波能量在极坐标系中表示，最终得到回波能量关于相对距离和相对角度的能量分布示意图如图4所述，其中，A和B表示雷达检测信号在扫描过程中扫描到目标人体的两个位置点，∠AOB表示目标人体相对多普勒雷达传感器的移动角度。根据需要，雷达检测信号的扫描范围可以进行实际设定。

S208：获取坐标曲线对应的能量方程。具体地，主要以相对距离和相对角度为变量获取能量方程，其中，相对距离为目标人体距离多普勒传感器的距离，相对角度为目标人体相对于多普勒传感器的移动角度。

S210：对能量方程进行计算，得到目标人体的位置方程，具体计算过程如下：

因为，在雷达方程中，回波能量p(r，β)(其中，r为相对距离，β为相对角度，即，从初始位置开始计量的随着目标人体移动的转动角度)的大小可以表示为回波信号接收功率S的方程，即p(r，β)＝kS，该雷达方程如下：

$R=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×S}},$

在该方程中，R为多普勒雷达的探测半径，P_t为发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为移动目标散射面积，S为接收功率。

因此，将探测半径R和接收功率S均以变量表示，则可以通过上式得到关于r和β的关系方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p(r,\mathrm{\β})}}.$

S212：根据位置方程和能量方程确定目标人体的空间位置，由于能量方程和位置方程在反映人体空间位置上都具有唯一性，因此结合能量方程和位置方程能够准确定位出目标人体所处的空间位置。

通过本发明实施例的识别方法，解决了现有技术中无法精确识别人体位置的问题，达到了提高识别人体位置的准确度和精确度的效果。

具体地，步骤S212在确定目标人体的空间位置时具体包括：判断能量方程在极坐标系中确定的坐标位置中某个坐标位置(r′，β′)(假设为第一坐标位置)和位置方程在极坐标系中确定的坐标位置中的某个坐标位置(r″，β″)(假设为第二坐标位置)是否能够重合，即，判断r′是否等于r″，及判断β′是否等于β″，如果二者的极半径和极角均相等，则判定二者重合，确定(r″，β″)所表示的坐标点位置为目标人体的空间位置。结合实际情况，也可以通过判断第一坐标位置和第二坐标位置是否能够近似重合(即，判断r′和r″之差的绝对值是否小于或等于0.5m，β′和β″之差的绝对值是否小于或等于5°)，在确定二者能够近似重合的情况下，确定(r″，β″)所表示的坐标点位置为目标人体的空间位置。结合图5和图6进一步说明，图5表示多普勒的雷达检测信号在空间325度至360度，及0度至55度的范围内扫描检测时对应的能量方程在极坐标中的坐标位置，与该能量方程对应的位置方程在极坐标中的坐标位置如图6所示，如果A′(r′，β′)表示的坐标位置和A″(r″，β″)表示的坐标位置能够重合，则确定A″(r″，β″)所表示的坐标点位置为目标人体的空间位置。

进一步地，在步骤S208之后，本发明实施例的识别方法还包括根据预设能量修正方程修正根据坐标曲线得到的能量方程，然后根据修正后的能量方程计算目标人体的位置方程，及根据修正后的能量方程计算到的位置方程和修正后的能量方程确定目标人体的空间位置。

其中，在本发明实施例中采用的预设能量修正方程可以用k(β)表示，具体方程式如下：

$k\left(\mathrm{\β}\right)=\frac{{\left[\cos (0.056+\mathrm{\β})\right]}^4}{0.78\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2\×r^4},$

然后通过以下公式修正根据能量曲线得到的能量方程：

$p^{\′}(r,\mathrm{\β})=\frac{k\left(\mathrm{\β}\right)}{r^2},$

其中，p′(r，β)为修正后的能量方程。

将p′(r，β)带入雷达方程得到位置方程的表示如下：

r＝1.1323×[cos(0.056+β)]²，其中，取雷达方程中的P_t×G×A_e×σ＝1。

然后，判断能量方程在极坐标系中确定的坐标位置中某个坐标位置(r′，β′)(假设为第一坐标位置)和位置方程在极坐标系中确定的坐标位置中的某个坐标位置(r″，β″)(假设为第二坐标位置)是否能够重合，即，判断r′是否等于r″，及判断β′是否等于β″，如果二者的极半径和极角均相等，则判定二者重合，确定(r″，β″)所表示的坐标点位置为目标人体的空间位置。结合实际情况，也可以通过判断第一坐标位置和第二坐标位置是否能够近似重合，在确定二者能够近似重合的情况下，确定(r″，β″)所表示的坐标点位置为目标人体的空间位置。

通过对能量方程进行修正，提高了能量方程的准确度，相应地提高了位置方程的准确度，进而达到了提高确定目标人体空间位置的准确度。

进一步地，本发明实施例的人体位置的识别方法在识别到目标人体的空间位置后，还可以包括：根据目标人体的空间位置对空调器进行控制，具体地，可以控制空调器的扫风板在预设角度内扫风，在预设角度满足使目标人体位于预设角度的平分线上，即，控制扫风板的扫风范围在目标人体的左右相等的范围内。根据需要，也可以将预设角度设置为零，即，控制空调器扫风板的出风方向冲着目标人体。

通过控制空调器的扫风范围始终在目标人体左右范围内，或者空调器的扫风始终冲着目标人体，达到了提高人体舒适性的效果。

进一步地，还可以从空调器中查找与相对距离相对应的扫风风量，按照查找到的扫风风量控制空调器扫风。举例说明，设置相对距离大时，扫风风量为大风量；相对距离小时，扫风风量为小风量。

通过根据目标人体距离空调器的远近相应地控制扫风风量的大小，更进一步提高了人体舒适性。

此外，本发明实施例还提供了一种空调器，该空调器可以是任何具有本发明实施例所提供的人体位置的识别装置的空调器，也可以是任何采用了本发明实施例的人体位置的识别方法的空调器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种人体位置的识别方法，其特征在于，包括：

多普勒传感器发射检测信号，并接收所述检测信号遇到目标人体后的回波信号；

获取所述回波信号中的回波能量；

确定所述回波能量在以所述多普勒传感器所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；

获取所述坐标曲线对应的能量方程，其中，所述能量方程表示相对距离与相对角度之间的能量对应关系，所述相对距离为所述目标人体距离所述多普勒传感器的距离，所述相对角度为所述目标人体相对于所述多普勒传感器的移动角度；

根据所述能量方程计算所述目标人体的位置方程，其中，所述位置方程表示所述相对距离与所述相对角度之间的位置对应关系；以及

根据所述位置方程和所述能量方程确定所述目标人体的空间位置。

2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，根据所述位置方程和所述能量方程确定所述目标人体的空间位置包括：

判断第一坐标位置和第二坐标位置是否满足预设条件，其中，所述第一坐标位置为根据所述位置方程在所述极坐标系中确定的坐标位置，所述第二坐标位置为根据所述能量方程在所述极坐标系中确定的坐标位置；以及

在判定所述第一坐标位置和所述第二坐标位置满足所述预设条件时，确定所述第一坐标位置为所述目标人体的空间位置。

3.根据权利要求2所述的识别方法，其特征在于，判断第一坐标位置和第二坐标位置是否满足预设条件包括：

判断所述第一坐标位置的极半径与所述第二坐标位置的极半径之差的绝对值是否小于或等于预设半径值；以及

判断所述第一坐标位置的极角与所述第二坐标位置的极角之差的绝对值是否小于或等于预设角度值，

其中，在判定所述第一坐标位置的极半径与所述第二坐标位置的极半径之差的绝对值小于或等于所述预设半径值，并且判定所述第一坐标位置的极角与所述第二坐标位置的极角之差的绝对值小于或等于所述预设角度值时，确定所述第一坐标位置为所述目标人体的空间位置。

4.根据权利要求3所述的识别方法，其特征在于，

所述预设半径值为0.5m；以及

所述预设角度值为5°。

5.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，通过以下方式计算所述目标人体的位置方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p(r,\mathrm{\β})}},$

其中，P_t为所述多普勒传感器发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为所述目标人体的散射面积，p(r,β)为所述能量方程，β为所述相对角度，r为所述相对距离。

6.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，在获取所述坐标曲线对应的能量方程之后，所述方法还包括：

根据预设能量修正方程修正所述能量方程，

其中，根据修正后的能量方程计算所述目标人体的位置方程。

7.根据权利要求6所述的识别方法，其特征在于，所述预设能量修正方程包括：

$k\left(\mathrm{\β}\right)=\frac{{\left[\cos (X+\mathrm{\β})\right]}^4}{Y\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2\×r^4},$

其中，k(β)为所述预设能量修正方程，β为所述相对角度，r为所述相对距离，X和Y均为无量纲常数。

8.根据权利要求7所述的识别方法，其特征在于，通过以下公式修正所述能量方程：

$p^{\′}(r,\mathrm{\β})=\frac{k\left(\mathrm{\β}\right)}{r^2},$

其中，p'(r,β)为修正后的能量方程。

9.根据权利要求8所述的识别方法，其特征在于，通过以下方式计算所述目标人体的位置方程：

$r=\sqrt[4]{\frac{P_t\×G\×A_e\×\mathrm{\σ}}{{(4\×\mathrm{\π})}^2\×p^{\′}(r,\mathrm{\β})}},$

得到所述位置方程为： $r=\sqrt{\frac{1}{Y}}\×{\left[\cos (X+\mathrm{\β})\right]}^2,$

其中，P_t为所述多普勒传感器发射功率，G为天线增益，A_e为天线捕获面积，σ为所述目标人体的散射面积，P_t×G×A_e×σ＝1。

10.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，在根据所述位置方程和所述能量方程确定所述目标人体的空间位置之后，所述方法还包括：

根据所述目标人体的空间位置对空调器进行控制。

11.根据权利要求10所述的识别方法，其特征在于，根据所述目标人体的空间位置对空调器进行控制包括：

控制所述空调器的扫风板在预设角度内扫风，其中，所述目标人体的空间位置位于所述预设角度的平分线上。

12.根据权利要求10所述的识别方法，其特征在于，根据所述目标人体的空间位置对空调器进行控制包括：

在所述空调器中查找与所述相对距离对应的扫风风量，其中，在所述空调器中存储有扫风风量与所述相对距离的对应关系；以及

控制所述空调器按照查找到的扫风风量进行扫风。

13.一种人体位置的识别装置，其特征在于，包括：

多普勒传感器单元，用于发射检测信号和接收所述检测信号遇到目标人体后的回波信号；

第一获取单元，用于获取所述回波信号中的回波能量；

第一确定单元，用于确定所述回波能量在以所述多普勒传感器单元所处的位置为极点的极坐标系中的坐标曲线；

第二获取单元，用于获取所述坐标曲线对应的能量方程，其中，所述能量方程表示相对距离与相对角度的能量对应关系，所述相对距离为所述目标人体距离所述多普勒传感器单元的距离，所述相对角度为所述目标人体相对于所述多普勒传感器单元的移动角度；

计算单元，用于根据所述能量方程计算所述目标人体的位置方程；以及

第二确定单元，用于根据所述位置方程和所述能量方程确定所述目标人体的空间位置。

14.根据权利要求13所述的识别装置，其特征在于，所述装置还包括：

修正单元，用于根据预设能量修正方程修正所述能量方程，

其中，所述计算单元根据修正后的能量方程计算所述目标人体的位置方程。

15.根据权利要求13所述的识别装置，其特征在于，所述装置还包括：

控制单元，用于根据所述目标人体的空间位置对空调器进行控制。

16.一种空调器，其特征在于，包括权利要求13至15中任一项所述的人体位置的识别装置。