CN105068042A - 一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法 - Google Patents

一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法 Download PDF

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法，其特征在于所述的计数方法包括以下步骤：麦克风阵列通过目标检测算法获悉是否出现运动目标；检测到运动目标出现后，麦克风阵列在每个时间帧上利用该帧的采集信号按一个声源对运动目标进行定向，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；检测算法检测到运动目标驶离麦克风阵列过后，麦克风阵列停止角度估计，计算所得各帧的角度估计值经过某个角度带的次数，则该次数就是运动目标的数目。本发明充分利用了麦克风阵列的优势，凭借单个麦克风阵列即可十分便捷地实现对运动目标数目的估计。且所述的计数方法具有传统的使用红外传感器或图像传感器难以满足的低功耗、易于布放以及隐蔽性的三个优点。

Description

一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法
技术领域
本发明涉及一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法，特别是涉及一种采用麦克风阵列对按时间顺序依次经过麦克风阵列的运动目标进行数目统计的方法。属于声目标数量估计领域
背景技术
在入侵检测中，对入侵目标数目的估计是一个十分重要的内容。常用的用于估计入侵目标数目的手段是借助红外传感器或者图像传感器。但这两种传感器在使用中均存在许多缺陷。首先，红外传感器和图像传感器的功耗很大，这对于低功耗且需长时间使用的无线传感器来说往往很难承受。其次，红外传感器和图像传感器在使用中对传感器的布置有严格的要求，从而很难实现非人工布设。此外，红外传感器和图像传感器对目标进行计数的时候，镜头前方不能有遮挡，无法实现非视距计数。
相比之下，麦克风阵列具有极低功耗、布放简单且不存在视距局限等优势，在无线传感器中使用十分广泛。但现在在入侵检测领域，麦克风阵列的应用还主要是对目标进行定向和识别，还没有充分挖掘出其使用价值。使用麦克风阵列对声音目标数目进行估计是有文献报道的，例如王永良《空间谱估计理论与算法》清华大学出版社，第40页“信号源数估计”。此外，由于声音信号易受到风噪声等因素的干扰，在时域所受的影响更为严重，因而无法直接利用时域信号来实现鲁棒性的计数应用。本发明拟在麦克风阵列定向的基础上，将其用于对运动目标的计数，从而取代红外传感器和图像传感器用于计数的传统方式，对无线传感器实现低功耗，长生命周期和易于布置等要求具有十分重要的意义。这方面却鲜有报道，从而引导出本申请的构思。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法，本发明提供的一种计数方法是一种基于麦克风阵列的，环境适应能力强的运动目标计数方法。
本发明提供的一种采用麦克风阵列进行运动目标数目估计的方法，具体包括以下步骤：
1、麦克风阵列通过目标检测算法获悉是否出现运动目标；
2、检测到运动目标出现后，麦克风阵列在每个时间帧上利用该帧的采集信号按一个声源对运动目标进行定向，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；
3、检测算法检测到运动目标已驶离麦克风阵列过后，麦克风阵列停止角度估计，计算所得各帧的角度估计值经过某个角度带的次数，则该次数就是运动目标的数目。
所述步骤(1)中的目标检测算法并不局限于使用麦克风进行检测，也可包括其他传感器所提供的目标检测方式。例如采用震动传感器来检测有无运动目标出现。
所述步骤(3)中麦克风阵列用来计数的时间帧不局限于从检测算法检测出目标出现到检测算法检测出目标已驶离麦克风阵列这个时间段内的时间帧，也可以是某一个时间段内的时间帧，用以统计该段时间内的运动目标个数。
所述步骤(3)中各帧的角度估计值经过某个角度带,指的是连续N帧都在该角度带内，但这N个连续帧的之前一帧和之后一帧均不在这个角度带内，其中N≥1。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明利用麦克风阵列来对运动目标进行计数，相比传统的使用红外传感器和图像传感器来进行计数，麦克风阵列具有低功耗、易于布置以及隐蔽性等优点。此外，由于声音信号不受视距影响，麦克风阵列还可实现对非视距的运动目标进行计数，更加提升了设备的隐蔽性。相比直接使用声音信号的时域进行计数，利用定向结果进行计数，使计数手段更具鲁棒性，不容易受到噪声的干扰。所以本发明具有低功耗，易于布置、可实现非视距运动目标计数等优点，特别适用于无线传感器入侵监测领域。
附图说明
图1是基于麦克风阵列的运动目标技术方法的流程图；
图2是实施例的效果演示图，(a)为两辆车经过的声音信号；(b)为麦克风阵列各帧的角度估计。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法，如图1所示，包括以下步骤：(1)麦克风阵列通过目标检测算法获悉是否出现运动目标；(2)检测到运动目标出现后，麦克风阵列在每个时间帧上利用该帧的采集信号按一个声源对运动目标进行定向，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值θi；(3)检测算法检测到运动目标已驶离麦克风阵列过后，麦克风阵列停止角度估计，计算所得各帧的角度估计值经过某个角度带的次数，则该次数就是运动目标的数目。
下面以一个运动目标计数的具体实施例来进一步说明本发明。
步骤一：以一个直径为11cm的4阵元均匀圆阵的麦克风阵列采集声音信号。
步骤二：通过检测算法，检测出车辆经过的时间段；
步骤三：以每0.125S为一时间帧，利用麦克风阵列，使用定向算法按一个声源对每帧信号进行定向，结果如图2所示。
步骤四：通过程序自动计算各帧角度通过[75°,125°]角度带的次数。本实施例采用的计算方式为：如果连续5帧的角度值位于[75°,125°]内，算检测出一次通过角度带；如果两次通过角度带的时间间隔小于2秒，则依然算作一次通过角度带。根据所述的方法计算，得到各帧共2次通过该角度带，故运动目标数目为2。
不难发现，本发明在麦克风阵列定向的基础上进行运动目标数目估计，充分挖掘了麦克风阵列的优势，相比直接使用时域麦克风信号，鲁棒性更高，环境适应能力更强，是一种低功耗，易于布置，可实现非视距计数的运动目标数目估计方法，特别适用于无线传感器入侵监测领域。

Claims (7)

1.一种基于麦克风阵列的运动目标计数方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)麦克风阵列通过目标检测算法获悉是否出现运动目标；
(2)检测到运动目标出现后，麦克风阵列在每个时间帧上利用该帧的采集信号按一个声源对运动目标进行定向，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；
(3)检测算法检测到运动目标已驶离麦克风阵列过后，麦克风阵列停止角度估计，计算所得各帧的角度估计值经过某个角度带的次数，则该次数就是运动目标的数目。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中的目标检测算法不局限于使用麦克风阵列进行检测，也可包括采用震动传感器所提供的目标检测方式，检测有无运动目标出现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中麦克风阵列用来计数的时间帧不局限于从检测算法检测出目标出现到检测算法检测出目标已驶离麦克风阵列这个时间段内的时间帧，或是某一个时间段内的时间帧，用以统计该段时间内的运动目标个数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中各帧的角度估计值经过某个角度带,其指的是连续N帧都在该角度带内但这N个连续帧的之前一帧和之后一帧均不在这个角度带内，其中N≥1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以一个直径为11cm的4阵元均匀圆阵的麦克风阵列采集声音信号步骤是：
步骤一：通过检测算法，检测出车辆经过的时间段；
步骤二：以每0.125S为一时间帧，利用麦克风阵列，使用定向算法按一个声源对每帧信号进行定向；
步骤三：通过程序自动计算各帧角度通过[75°,125°]角度带的次数；采用的计算方式为：如果连续5帧的角度值位于[75°,125°]内，算检测出一次通过角度带；如果两次通过角度带的时间间隔小于2秒，则依然算作一次通过角度带，根据所述的方法计算，得到各帧共2次通过该角度带，运动目标数目定为2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于所述的方法更具鲁棒性，不易受到噪声的干扰，适用于无线传感器入侵监测领域。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的方法是一种低功耗、易于布置，实现非视距的运动目标的计数。
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