CN104122529A

CN104122529A - 定位红外热源的装置、系统及其方法

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Publication number: CN104122529A
Application number: CN201410355831.0A
Authority: CN
Inventors: 范海玉; 李晓鸣
Original assignee: Shenzhen Super Perfect Optics Ltd
Current assignee: Shenzhen Super Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: CN104122529B

Abstract

本发明公开了一种定位红外热源的装置，包括：定位参数生成模块，用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数；定位处理模块，用于根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。本发明通过光栅位置及红外热释传感器的位置信息生成定位红外热源位置的参数，并根据定位参数，确定红外热源的位置，简化了定位红外热源的算法及空间结构，从而降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性。　

Description

定位红外热源的装置、系统及其方法

技术领域　

本发明涉及空间定位技术领域，特别是涉及一种定位红外热源的装置、系统及其方法。　

背景技术　

红外热源是温度范围在(绝对0℃－1725℃)的物体。它们都能产生热辐射且光谱集中在红外光区域，其红外波长只与该物体的温度相关。　

现有技术中，为了定位红外热的位置，通常的解决方案是依靠基于图像采集设备的人脸跟踪技术，即为：首先利用计算机分析静态图片或视频序列，从中找出人脸并输出人脸的数目、位置及其大小等有效信息；然后在检测到人脸的前提下，在后续帧中继续捕获人脸的位置及其大小等信息。目前常见的基于图像采集设备的人脸跟踪技术大致可分为如下4大类：基于模型跟踪，基于运动信息跟踪，基于人脸局部特征跟踪和基于神经网络跟踪。　

发明人在实现本发明的过程中发现，无论使用哪种人脸追踪技术其算法复杂性和空间复杂性均特别高。　

发明内容　

本发明主要解决的技术问题是提供一种定位红外热源的装置及其方法，能够降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性。　

为解决上述技术问题，本发明提供一种定位红外热源的装置，包括：　

定位参数生成模块，用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数；　

定位处理模块，用于根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

其中，所述定位红外热源位置的参数，包括：　

所述红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔左边界的直线中两两相交的点集QR及右边界的直线中两两相交的点集QL。　

其中，所述红外热源所辐射的红外光经过所述光栅各个小孔左边界的直线由所述光栅各小孔的左边界位置及探测到经过所述光栅各小孔的左边界的红外光的红外热释传感器位置确定，所述红外热源所辐射的红外光经过所述光栅各个小孔右边界的直线由光栅各小孔的右边界位置及探测到经过所述光栅各小孔的右边界的红外光的红外热释传感器位置确定。　

可选地，所述定位处理模块，具体包括：　

定位参数修正子模块，用于从所述点集QR及所述点集QL中分别剔除明显偏离点集中心点OR及OL的无效点，和/或，　

中心点位置定位子模块，用于根据所述点集QR及所述点集QL分别确定所述点集QR中心点OR及所述点集QL的中心点OL，并根据所所述OR及所述OL确定所述红外热源的中心点位置，和/或，　

边界宽度确定子模块，用于根据所述OR及所述OL确定红外热源的边界宽度。　

可选地，所述定位处理模块还包括：　

最近探测距离确定子模块，用于根据所述红外热源的边界宽度、光栅小孔间隔、以及光栅与红外热释传感器阵列距离确定所述红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离。　

可选地，所述装置还包括：　

定位误差计算模块，用于计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。　

本发明提供一种定位红外热源的系统，包括：　

光栅，包括不透光板及多个小孔，用于将红外热源所辐射的红外光通过所述小孔投射到红外热释传感器阵列；　

红外热释传感器阵列，包括多个红外热释传感器，用于探测经所述光栅投射的所述红外热源所辐射的红外光；　　

定位处理装置，用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的所述光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

其中，红外热释传感器阵列由多个红外热释传感器紧密排列构成，且所述红外热释传感器阵列长度与所述光栅长度相等。　

可选地，所述定位处理装置包括：　

位置信息接收模块，用于接收所述光栅及所述红外热释传感器阵列的位置信息；　

定位参数生成模块，用于根据探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器输出的检测信号确定探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，并根据接收的所述光栅及红外热释传感器阵列的位置信息、投射所述红外热源所辐射的红外光的所述光栅小孔位置以及探测到所述红外热源所辐射的红外光的所述红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数；　

可选地，所述定位红外热源位置的参数，包括：　

红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔左边界的直线中两两相交的点集QR及右边界的直线中两两相交的点集QL，　

根据所述点集QR及点集QL分别确定的点集QR中心点OR及QL的中心点OL。　

可选地，所述定位处理模块包括：　

定位参数修正子模块，用于从所述点集QR及所述点集QL中分别剔除明显偏离点集中心点OR及OL的无效点，　和/或，　

中心点位置定位子模块，用于根据所述OR及所述OL确定红外热源的中心点位置，和/或，　

可选地，所述定位处理模块还包括：　

最近探测距离确定子模块，用于根据所述红外热源的边界宽度、光栅与红外热释传感器阵列距离及光栅小孔间隔确定所述红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离。　

可选地，所述定位处理装置，还包括：　

定位误差计算模块，用于计算所述红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。　

可选地，所述定位处理装置，还包括：　

定位结果输出模块，用于输出所述红外热源的中心点位置、红外热源的边界宽度、红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离、和/或红外热源时的定位误差。　

本发明提供一种定位红外热源的方法，包括：　

根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数，　

根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

其中，所述生成定位红外热源位置的参数，具体包括：　

由光栅各小孔的左边界位置及探测到经过光栅各小孔的左边界的红外光的红外热释传感器位置确定所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔左边界的直线，　

由光栅各小孔的右边界位置及探测到经过光栅各小孔的右边界的红外光的红外热释传感器位置确定所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔右边界的直线，　

生成红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔左边界的直线中两两相交的点集QR及右边界的直线中两两相交的点集QL。　

所述根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度，具体包括：　

根据点集QR及点集QL分别确定点集QR中心点OR及QL的中心点 OL，并根据OR及OL确定红外热源的中心点位置和/或边界宽度。　

可选地，所述生成定位红外热源位置的参数，还包括：　

用于从点集QR剔除明显偏离点集中心OR的无效点及从点集QL剔除明显偏离点集中心QL中的无效点。　

可选地，所述方法，还包括：　

根据所述红外热源的边界宽度、光栅与红外热释传感器阵列距离及光栅小孔间隔确定所述红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离。　

可选地，所述方法，还包括：　

计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。　

在本发明实施例中，通过光栅位置及红外热释传感器的位置信息生成定位红外热源位置的参数，并根据定位参数，确定红外热源的位置，简化了定位红外热源的算法及空间结构，从而降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性，　进一步地，在本发明实施例中，通过剔除明显偏离点集中心的无效点，有效地提升了定位红外热源的算法的精确度，通过定位误差计算，进一步提升了定位红外热源的算法的有效性，方便用户确定红外热源的位置。　

附图说明　

图1是本发明实施例定位红外热源的装置结构示意图；　

图2是本发明实施例定位红外热源的装置的另一结构示意图；　

图3是本发明实施例的定位红外热源的系统模型示意图；　

图4是本发明实施例的定位红外热源的方法流程示意图；　

图5是红外热源为点模型时的定位红外热源的系统结构示意图；　

图6是红外热源为圆模型时的定位红外热源的系统结构示意图；　

图7是红外热源为不规则椭圆模型时的定位红外热源的系统结构示意图；　

图8是红外热源与定位系统之间距离为最近探测距离时的原理示意图；　

图9是计算定位误差的原理示意图。　

具体实施方式　

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。　

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。　

为便于理解本发明实施例，首先，对本发明实施例中的热释电红外传感器原理及小孔成像原理进行简单说明。　

热释电红外传感器原理：热释电红外传感器(PIR　SENSOR)是主要是由一种高热电系数的材料制成的高灵敏度探测组件，它能以非接触形式检测出接收到的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。　

当红外线照射到传感器探测组件上后，因热释电效应将向外释放电荷，探测组件将红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在传感器内的场效应管放大后向外输出，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。　

在每个传感器内装入两个探测组件，并将两个探测组件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。在环境背景辐射时，传感器内包含的两个反极性串联的热释电元产生释电效应相互抵消，传感器无信号输出；在有红外辐射时，红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释探测组件接收，由于两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。　

探测组件的波长灵敏度在0.2－20um　范围内几乎稳定不变，适合于红外辐射波长为该范围的红外热源的探测，还可以通过加装指定范围波长的滤波片对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测辐射指定波长的红外热源的红外线传感器。　

小孔成像原理：用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫针孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化，这种现象反映了光线直线传播的性质。针孔成像是光线直线前进造成。当孔隙过大时，屏幕上的影像会变模糊。光在经过针孔后，在屏幕上所形成的像称为实像，且上下颠倒、左右相反。　

图1为本发明实施例定位红外热源的装置结构示意图，如图1所示，该装置包括：　

定位参数生成模块101，　用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数；　

定位处理模块102，用于根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

在本发明实施例中，定位红外热源位置的参数包括：红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔左边界的直线中两两相交的点集QR及右边界的直线中两两相交的点集QL，其中，红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔左边界的直线由光栅各小孔的左边界位置及探测到经过光栅各小孔的左边界的红外光的红外热释传感器位置确定，红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔右边界的直线由光栅各小孔的右边界位置及探测到经过光栅各小孔的右边界的红外光的红外热释传感器位置确定。　

图2为本发明实施例定位红外热源的装置的另一结构示意图，如图2所示，该装置包括：　

定位参数生成模块201，　用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数；　

定位处理模块202，用于根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。在本发明实施例中，定位处理模块202进一步包括：　

定位参数修正子模块2021，　用于从点集QR及QL中剔除明显偏离点集中心的无效点，其中，无效点即点集中明显偏离点集中心的点；剔除明显偏离点集中心的无效点具体包括：从点集QR剔除明显偏离点集中心OR的无效点及从点集QL剔除明显偏离点集中心QL中的无效点。和/或，　

中心点位置定位子模块2022，　用于根据点集QR及点集QL分别确定点集QR中心点OR及QL的中心点OL，并根据OR及OL确定红外热源的中心点位置。和/或，　

边界宽度确定子模块2023，用于根据OR及OL确定红外热源的边界宽度。和/或，　

最近探测距离确定子模块2024，用于根据所述红外热源的边界宽度、光栅与红外热释传感器阵列距离及光栅小孔间隔确定所述红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离。　

在本发明实施例中，定位红外热源的装置还包括：　

定位误差计算模块203，用于计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。　

在本发明实施例中，通过光栅位置及红外热释传感器的位置信息生成定位红外热源位置的参数，并根据定位参数，确定红外热源的位置，简化了定位红外热源的算法及空间结构，从而降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性。　

进一步地，在本发明实施例中，通过剔除明显偏离点集中心的无效点，有效地提升了定位红外热源的算法的精确度。　

进一步地，在本发实施例中，通过定位误差计算，进一步提升了定位红外热源的算法的有效性，方便用户确定红外热源的位置。　

图3为本发明实施例的定位红外热源的系统模型示意图，如图3所示，该定位红外热源的系统包括：　

光栅301，包括不透光板及多个透光小孔，用于将红外热源所辐射的红外光通过所述小孔投射到红外热释传感器阵列；其中，多个透光小孔宽度相等、多个小孔等间距分布，且所述多个小孔上覆盖红外滤波片。其中，由于不同目标源的红外主波长有差异，为了更好地定位目标源，红外滤波片的可通过的波长范围应该与目标源的红外主波长进行匹配。　

红外热释传感器阵列302，包括多个红外热释传感器，用于探测经所述光栅投射的所述红外热源所辐射的红外光，其中，红外热释传感器阵列302可以由紧密排列成直线的被动式红外传感器，例如PIR传感器。　

定位处理装置303，用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

在本发明实施例中，定位处理装置303包括：　

位置信息接收模块，用于接收光栅及红外热释传感器阵列的位置信息；　

定位参数生成模块，用于根据探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器输出的检测信号确定探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，并根据接收的光栅及红外热释传感器阵列的位置信息、投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置以及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，以生成定位红外热源位置的参数；　

定位处理模块，用于根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度；　

定位误差计算模块，用于计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差；　

在本发明实施例中，光栅及红外热释传感器阵列的位置信息，可以包括：　

光栅长度：dGapLength；　

小孔个数：iGapNo；　

小孔宽度：dGapWidth；　

小孔之间间距：dGapDis；　

左侧起第一个小孔与光栅最左端距离：dGapLeftStart；　

传感器阵列长度：　dIRLength，与光栅长度相等(　dIRLength　＝dGapLength)；　

传感器阵列：　iIR　[1*iIRN]的一维线性阵列；　

传感器宽度：dIRSensorWidth；　

传感器状态：bIRSensorState[iIRN]，其中true为接收到红外线状态；false为未接收到红外线状态；　

传感器最大检测距离：dIRDiscoverMax；　

传感器阵列与光栅放置距离：dGapIRDis；　

在本发明实施例中，定位红外热源位置的参数，包括：红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔左边界的直线中两两相交的点集QR及右边界的直线中两两相交的点集QL，并根据点集QR及点集QL分别确定点集QR中心点OR及QL的中心点OL，其中，红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔左边界的直线由光栅各小孔的左边界位置及探测到经过光栅各小孔的左边界的红外光的红外热释传感器位置确定，红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔右边界的直线由光栅各小孔的右边界位置及探测到经过光栅各小孔的右边界的红外光的红外热释传感器位置确定，红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置通过探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器输出的检测信号确定。　

比如，如图3中所示，当红外热源在探测范围内活动时，保存当前时刻每个PIR信号状态到bIRState[i]数组，其中，bIRState[i]　＝＝　true表示iIR[i]信号输出为高电平，bIRState[i]　＝＝　false表示iIR[i]信号输出为低电平；则，根据bIRState状态，PIR阵列可按如下方式分组：　

相邻PIR信号状态连续为高电平状态的分为一组；　

相邻PIR信号状态连续为低电平状态的分为一组；　

由此，可以得到iGapNo组连续为高电平状态的PIR数组，并保存到iHIR[iGapNo][2]数组；　

其中iHIR[i][0]代表第i组中PIR序号最小值的坐标，iHIR[i][1]代表第i组中PIR序号最大值的坐标，即iHIR[i][0]为对应第i个小孔左边界点所投射的红外线被PIR检测到的最左侧点位置，iHIR[i][1]为对应第i个小孔右边界点所投射的红外线被PIR检测到的最右侧点位置。则根据小孔坐标及其连续为高电平状态的PIR数组，可以确定红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔的直线数组iBodyLine[iGapNo][2]，　其中，iBodyLine[iGapNo][0]为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔左边界的直线，比如，iBodyLine[i][0]，iBodyLine[j][0]，iBodyLine[k][0]，　iBodyLine[iGapNo][1]为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔右边界的直线，比如，iBodyLine[i][1]，iBodyLine[j][1]，iBodyLine[k][1]，其中，红外热源所辐射的红外光经过光栅第i个小孔左边界的直线iBodyLine[i][0]由第i个小孔的左边界点及探测到该红外线的红外热释传感器阵列中的最左侧红外热释传感器位置确定。红外热源所辐射的红外光经过光栅第i个小孔右边界的直线iBodyLine[i][1]由第i个小孔的右边界点及探测到该红外线的红外热释传感器阵列中的最右侧红外热释传感器位置确定。　

在本发明实施例中，定位处理装置中的定位处理模块具体组成请参照图2，在此不再赘述。　

在本发明实施例中，定位处理装置可以为计算机，其中的位置信息接收模块可以接收用户通过键盘、鼠标或触摸输入的光栅及红外热释传感器阵列的位置信息，定位参数生成模块、定位处理模块、定位误差计算模块可以为具备数据处理功能的中央处理单元或微处理器，定位结果输出模块可以为屏幕显示器或者声音输出设备。　

在本发明实施例中，红外热源定位系统由定位处理装置根据光栅位置及红外热释传感器的位置信息生成定位红外热源位置的参数，并根据定位参数，确定红外热源的位置，简化了定位红外热源的算法及空间结构，从而降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性。　

进一步地，在本发实施例中，通过定位误差计算，进一步提升了定位红外热源的算法的有效性，方便用户确定红外热源的位置。图4为本发明实施例的定位红外热源的方法流程示意图，如图4所示，所述方法包括：　

S401，根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位红外热源位置的参数，　

S402，根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度。　

在本发明实施例中，生成定位红外热源位置的参数，具体包括：　

在本发明实施例中，生成定位红外热源位置的参数，还包括：　

从点集QR及QL中剔除明显偏离点集中心的无效点。　

在本发明实施例中，根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度，具体包括：　

根据点集QR及点集QL分别确定点集QR中心点OR及QL的中心点OL，并根据OR及OL确定红外热源的中心点位置和/或边界宽度。　

在本发明实施例中，所述方法，还包括：　

根据所述红外热源的边界宽度、光栅与红外热释传感器阵列距离及光栅小孔间隔确定所述红外热源与红外热释传感器阵列的最近探测距离，和/或，　

计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。　

下面结合具体实施例及上述定位系统实施例中光栅及红外热释传感器阵列的位置信息，对上述定位红外热源的装置、系统及方法进行详细阐述。　

1、建坐标系：　

定义传感器阵列的最左端为坐标原点，自传感器阵列左侧指向传感器阵列右侧为X轴，自坐标原点，沿传感器阵列法线指向光栅为Y轴；　

2.初始化PIR阵列坐标：　

iIR[i].x　＝　dIRSensorWidth　*　(i－1)；　

iIR[i].y　＝　0；　

其中i∈{1，　IRNo}；　

3.初始化小孔坐标：　

定义PGapL[iGapNo]代表小孔左端点数组，PGapR[iGapNo]代表小孔右端点数组；　

PGapL[i].x　＝　(i－1)　*　(dGapWidth　+　dGapDis)　+　dGapLeftStart；　

PGapL[i].y　＝　dGapIRDis；　

PGapR[i].x　＝　(i－1)　*　(dGapWidth　+　dGapDis)　+　dGapLeftStart　+　dGapWidth；　

PGapR[i].y　＝　dGapIRDis；　

其中i∈{1，iGapNo}；　

4.分组PIR阵列；　

当红外热源在探测范围内活动时，保存当前时刻每个PIR信号状态到bIRState[i]数组；　

bIRState[i]　＝＝　true表示iIR[i]信号输出为高电平；　

bIRState[i]　＝＝　false表示iIR[i]信号输出为低电平；　

根据bIRState状态，PIR阵列可按如下方式分组：　

相邻PIR信号状态连续为高电平状态的分为一组；　

相邻PIR信号状态连续为低电平状态的分为一组；　

则可以得到iGapNo组连续为高电平状态的PIR数组，并保存到iHIR[iGapNo][2]数组；　

其中iHIR[i][0]代表第i组中PIR序号最小值的坐标，　iHIR[i][1]代表第i组中PIR序号最大值的坐标，即iHIR[i][0]为对应第i个小孔左边界点所投射的红外线被PIR检测到的最左侧点位置，iHIR[i][1]为对应第i个小孔右边界点所投射的红外线被PIR检测到的最右侧点位置。　

在本发明实施例中，则根据小孔坐标及其连续为高电平状态的PIR数组，可以确定红外热源所辐射的红外光经过光栅中各个小孔的直线数组iBodyLine[iGapNo][2]，　其中，iBodyLine[iGapNo][0]为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔左边界的直线，iBodyLine[　iGapNo][1]　为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅各个小孔右边界的直线。比如，iBodyLine[i][0]为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅第i个小孔左边界的直线，iBodyLine[i][1]　为所述红外热源所辐射的红外光经过光栅第i个小孔右边界的直线。　

在本发明实施例中，生成定位红外热源位置的参数，包括：通过计算数组iBodyLine[iGapNo][0]两两线段之间的交点，并保存到点集QR；　计算数组iBodyLine[iGapNo][1]两两线段之间的交点，并保存到点集QL；即：QL{P1，P2，...，PN}，QR{P1，P2，...，PN}，其中N＝iGapNo(iGapNo－1)/2；　　

在本发明实施例中，从点集QL中剔除明显偏离点集中心点OL的无效点，具体包括以下步骤：　

1、计算点集QL的中心点O，O　L＝　(P1+P2+...+PN)/N；　

2、计算点OL到点集QL中每个点的距离L，并保存到数组L[N]；　

3、找到数组L[N]中的最大值L＿max；　

4、从L[N]中去除掉L＿max，计算数组L[N－1]的平均值L＿mean；　

5、如果L＿max　－　L＿mean　＜　L＿mean，则点集QL中的数据全部有效；结束；如果L＿max　－　L＿mean　＞　L＿mean，则与最大值L＿max相关的点为无效点，从QL中剔除，重复1－5步骤，直到数据全部有效。　

同理，从点集QR中剔除明显偏离点集中心点OR的无效点可以参照上述步骤。　

下面结合具体的红外热源模型阐述定位红外热源的具体算法。　

图5为红外热源为点模型时的定位红外热源的系统结构示意图，如图5所示，包括：光栅501，红外热释传感器阵列502，点红外热源503。　

当红外热源为点模型时：　

计算点集QL的中心点OL　＝　BodyLeft；　

计算点集QR的中心点OR　＝　BodyRight；　

已知，红外热源边界宽度iBodyWidth　＝　0；　

得到红外热源中心位置iBodyPoint　＝　(BodyLeft+　BodyRight)/2；　

理论上iBodyPoint　＝　OL　＝　OR；　

图6为红外热源为圆模型时的定位红外热源的系统结构示意图，如图6所示，包括：光栅601，红外热释传感器阵列602，圆红外热源603。　

当红外热源为圆模型时：　

已知iBodyLine[iGapNo][2]数组中的每一条线都和该圆模型相切；　

取直线数组iBodyLine[iGapNo][2]中任意三条线组成三角形△[i](共N组)。　

第一条线：iBodyLine[i][0]；　

第二条线：iBodyLine[j][1]；　

第三条线：iBodyLine[k][0]或者iBodyLine[k][1]；　

三角形△[i]的内切圆O[i]即为该圆模型；　

得到内切圆O[i]的圆心o[i]，直径l[i]；　

则：　

红外热源边界宽度iBodyWidth　＝(l[1]+　l[2]　+　...　+　l[N])/N；　

红外热源中心位置iBodyPoint　＝　(O[1]+　O[2]　+　...　+　O[N])/N；　

图7为红外热源为不规则椭圆模型时的定位红外热源的系统结构示意图，如图7所示，包括：光栅5701，红外热释传感器阵列702，椭圆红外热源703。　

当红外热源为不规则椭圆模型时，　

计算点集QL的最优点OL；　

点集的最优点定义为点OL到直线数组iBodyLine[iGapNo][0]距离的平方和最小。　

直线数组iBodyLine[iGapNo][0]可表示如下：　

iBodyLine[1][0]：a₁*X+b₁＝Y；　

iBodyLine[2][0]：a₂*X+b₂＝Y；　

...　

iBodyLine[n][0]：a_n*X+n＝Y；　

iBodyLine[iGapNo][0]：a_iGapNo*X+b_iGapNo＝Y；

其中X，Y为未知量；即：　

Y-a₁*X＝b₁；　

Y-a₂*X＝b₂；　

...　

Y-a_i*X＝b_i；　

Y-a_iGapNo*X＝b_iGapNo；　

表示为M*Q＝N矩阵形式如下：　

[\begin{matrix} 1 & {- a}_{1} \\ 1 & {- a}_{2} \\ . & . \\ 1 & {- a}_{i} \\ 1 & {- a}_{iGapNo} \end{matrix}],

Q = [\begin{matrix} Y \\ X \end{matrix}],

N = [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ . \\ b_{i} \\ b_{iGapNo} \end{matrix}];

即问题转化为：已知矩阵M_iGapNo*2和矩阵N_iGapNo*1，求矩阵Q_2*1；　

上述矩阵做如下变化：　

M*Q＝N；　

M^T*M*Q＝M^T*N；　

Q＝(M^T*M)^-1*(M^T*N)；　

代入数值，即可求得矩阵Q，即得到最优点OL(X，Y)坐标；　

同理，计算点集QR的中心点OR；　

得到线段OLOR；　

计算线段OLOR与直线数组iBodyLine[iGapNo][0]中每一条直线iBodyLine[i][0]的交点，并保存到iBodyPointR[i]；　

取iBodyPointR[i]中，距离OL点最近的点为人体的右边界点BodyRight；　

计算线段OLOR与直线数组iBodyLine[iGapNo][1]中每一条直线iBodyLine[i][1]的交点，并保存到iBodyPointL[i]；　

取iBodyPointL[i]中，距离OR点最近的点为红外热源的左边界点 BodyLeft；　

得到红外热源边界宽度iBodyWidth　＝　|BodyLeft　－　BodyRight|；　

得到红外热源中心位置iBodyPoint　＝　(BodyLeft+BodyRight)/2；　

图8为红外热源与定位系统之间距离为最近探测距离时的原理示意图；下面结合图8阐述计算红外热源与定位系统之间距离最近探测距离的算法，如图8所示，　

红外热释传感器阵列的最左端为坐标原点，自传感器阵列左侧指向传感器阵列右侧为X轴向，自坐标原点，沿传感器阵列法线指向光栅为Y轴向；　

红外线通过小孔A0－B0投射到Q－P段所包含的PIR传感器，　通过小孔A1－B1投射到P1－W段所包含的PIR传感器；　

易知，此时点P与P1重合为一点，最近探测距离dSurveyMin只与红外热源边界dBodyWidth，光栅与传感器阵列距离dGapIRDis，和小孔间隔dGapDis有关；　

其中：　

A0(dGapLeftStart，　dGapIRDis)；　

B0(dGapLeftStart　+　dGapWidth，　dGapIRDis)；　

A1(dGapLeftStart　+　dGapWidth　+　dGapDis，　dGapIRDis)；　

B1(dGapLeftStart　+　2　*　dGapWidth　+　dGapDis，　dGapIRDis)；　

HL(dGapLeftStart，　dSurveyMin)；　

HR(dGapLeftStart　+　dBodyWidth，　dSurveyMin)；　

直线HL－B0与直线HR－A1相交与P点；P.y　＝　0；　

可算得：　

dSurveyMin　＝　(dBodyWidth　*　dGapIRDis)　/　dGapDis；　

图9为计算定位误差的原理示意图，如图9所示，　

BL代表红外热源最左端边界，BR代表红外热源最右端边界，GL代表其中一个小孔的左端点，GR代表该小孔的右端点，与X轴重合的线段代表PIR线性阵列，红外线投射到PIR阵列时，PIR所探测到的PAPB段；　

下面分析系统模型的固定参数导致的定位误差：　

已知红外热源左右边界宽度为dBodyWidth，当BL坐标值为(dX，dY)时且在小范围活动过程中，由于PIR阵列中PIR具有探测宽度dIRSensorWidth，则红外热源的红外光辐射到PIR阵列的PA－PB段可能不变，即存在定位误差；　

定义红外热源通过小孔所投射到X轴的线段为PaPb；(其意义不同于PAPB)　

由已知条件可得：　

PaPb = \frac{(dGapIRDis * dBodyWidth) - (dGapWidth * dY)}{(dY - dGapIRDis)}

易知，PaPb段在移动范围dIRSensorWidth内，接收到红外辐射的PIR状态不变；　

计算定位红外热源沿X轴方向水平移动时误差△Lx：　

ΔLx = \frac{(dGapIRDis * dBodyWidth) - (dGapWidth * dY)}{dBodyWidth * (dY - dGapIRDis)} * dIRSensorWidth

计算定位红外热源沿Y轴方向竖直移动时误差△Ly：

ΔLy = \frac{dIRSensorWidth * (dY - dGapIRDis)}{\frac{dGapIRDis * dBodyWidth - dGapWidth * dY}{dY - dGapIRDis} - dIRSensorWidth + dGapWidth}

易知，当dIRSensorWidth值越小时，误差越小。　

需要说明的是，本发明实施例中的定位红外热源的装置及其系统中各个模块、装置之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容同样适用于定位红外热源的装置及其系统。本发明中的各个模块能作为单独的硬件或软件来实现，并且可以根据需要使用单独的硬件或软件来实现各个单元的功能的组合。　

在本发明实施方式中，通过光栅位置及红外热释传感器的位置信息生成定位红外热源位置的参数，并根据定位参数，确定红外热源的位置，简化了定位红外热源的算法及空间结构，从而降低定位红外热源的算法复杂性及空间复杂性。　

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。　

Claims

1.一种定位红外热源的装置，其特征在于，包括：

定位参数生成模块，用于根据投射所述红外热源所辐射的红外光的光栅小孔位置及探测到所述红外热源所辐射的红外光的红外热释传感器位置，生成定位所述红外热源位置的参数；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位红外热源位置的参数，包括：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述红外热源所辐射的红外光经过所述光栅各个小孔左边界的直线由所述光栅各小孔的左边界位置及探测到经过所述光栅各小孔的左边界的红外光的红外热释传感器位置确定，所述红外热源所辐射的红外光经过所述光栅各个小孔右边界的直线由光栅各小孔的右边界位置及探测到经过所述光栅各小孔的右边界的红外光的红外热释传感器位置确定。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述定位处理模块，具体包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述定位处理模块还包括：

最近探测距离确定子模块，用于根据所述红外热源的边界宽度、光栅小孔间隔、以及光栅与红外热释传感器阵列距离确定所述红外热源与所述红外热释传感器阵列的最近探测距离。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.一种定位红外热源的系统，其特征在于，包括：

8.　根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述红外热释传感器阵列由多个红外热释传感器紧密排列构成，且所述红外热释传感器阵列长度与所述光栅长度相等。

9.根据权利要求7至8任一项所述的系统，其特征在于，所述定位处理装置包括：

10.一种定位红外热源的方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述生成定位红外热源位置的参数，具体包括：

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述根据所述定位红外热源位置的参数，确定所述红外热源的中心位置和/或边界宽度，具体包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成定位红外热源位置的参数，还包括：

14.　根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

15.　根据权利要求10至14任一项所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

计算红外热源水平移动和/或竖直移动时的定位误差。