CN105874269B

CN105874269B - 人类存在检测技术

Info

Publication number: CN105874269B
Application number: CN201480072836.0A
Authority: CN
Inventors: C.布罗伊尔; A.阿加瓦尔
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram GmbH; Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: JP2017503284A; EP3069076A1; US10404924B2; JP6605486B2; EP3069076B1; WO2015069805A1; US20150130933A1; CN105874269A

Abstract

公开了用于使用IR传感器数据检测静止存在的技术。可以基于IR传感器数据捕获许多IR图像并且这些IR图像可以在各种时间间隔之上被平均以计算许多平均IR帧。这些平均IR帧之间的差异提供增量帧。掩码帧可以被计算为增量帧随时间的总和，并且掩码帧的值可以用于即使在没有增量值被计算时也检测静止人类存在。可替换地，掩码帧可以用于计算背景帧，其表示不意图触发存在检测系统的所扫描区域内的静止或循环物体的IR特征。静止存在可以通过从当前平均IR帧减去背景帧来确定。

Description

人类存在检测技术

相关申请的交叉引用

本申请是2014年11月11日提交并且题为“Human Presence DetectionTechniques”的美国专利申请号14/076,372的国际申请并且要求其优先权，该美国专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及存在检测技术，并且更具体地涉及能够检测人类存在的智能照明控制系统。

背景技术

在特殊占用系统中，声学运动传感器和IR传感器可以用于检测所扫描空间内的人类存在。准确地检测人类存在而同时避免错误触发涉及许多非平凡的挑战。

附图说明

图1是具有循环热源（诸如HVAC系统）的房间的随时间的温度的图。

图2是具有进入和离开房间的人类的房间的随时间的温度的图。

图3图示了根据本发明的实施例的一分钟之后的增量（delta）帧的计算。

图4示出了根据本发明的一个实施例的各种时间间隔处的房间的IR帧、增量帧和掩码（mask）帧。

图5示出根据本发明的另一实施例的各种时间间隔处的房间的IR帧、增量帧和掩码帧。

图6示出根据本发明的一个实施例的各种时间间隔处的房间的IR帧、增量帧、掩码帧和数字掩码帧。

图7a图示了根据本发明的实施例的用于检测静止人类存在的方法。

图7b图示了根据本发明的实施例的可以实施图7a的方法的示例系统。

具体实施方式

公开了用于使用IR传感器数据检测静止存在的技术。被监视的给定区域的许多IR图像可以使用IR传感器来捕获，并且这些IR图像可以在各种时间间隔之上平均以计算许多平均IR帧。这些平均IR帧之间的差异提供增量帧，并且增量帧的值可以用于检测所扫描区域内的活动。在一些实施例中，指示热特征（heat signature）中的显著改变的任何增量值可以激活存在检测系统。在一些情况下，可以基于增量帧内的增量值的位置来检测局部活动，并且增量帧的尺寸可以由IR传感器的像素计数来确定。掩码帧可以被计算为增量帧随时间的总和，并且掩码帧的值可以用于即使在没有增量值被计算时（例如因为人静坐着）也检测静止人类存在。掩码帧的尺寸可以由IR传感器的像素计数来确定，并且可以基于掩码帧内的掩码值的位置来检测局部存在。在一些这样的实施例中，数字掩码帧可以被计算为掩码帧的二进制表示并且静止人类存在可以基于数字掩码帧的值来确定。掩码帧还可以用于计算背景帧，其表示不意图触发存在检测系统的所扫描区域内的静止或循环物体的IR特征。静止存在可以通过从当前平均IR帧减去背景帧来确定。

大体概述

如之前解释的，空间占用可以使用被动红外（PIR）传感器或超声传感器来确定；然而，这些系统通常依赖于固定超时计数器并且可能倾向于错误触发。每次在环境中检测到运动时，占用检测系统在固定时间段（例如五分钟）内开启输出，而不管实际占用持续时间如何。这可能引起浪费能量，因为输出可能在比所必要的长得多的时间内保持开（例如，即便人已经离开房间，但是灯在固定时间段的剩余部分内保持开）。而且，如果人保持相对静止，则灯可能在时间限度运行完之后熄灭，从而使人待在黑暗中，直到他们执行某种运动以再触发照明系统为止。此外，错误触发可能由于诸如环境中的流动热空气（例如来自加热系统）或循环热物体（诸如机器或宠物）之类的事件而出现。在一些情况下，通过窗户、窗帘、日光照射的地毯或反射表面、壁炉等的变化太阳光或阴影可能都贡献于IR传感器的错误触发。

因而，依照本发明的实施例，公开了利用红外网格阵列和红外图像处理的人类占用检测技术。所提出的系统不仅使得能够检测静止人类存在，而且还使得能够实现背景估计以及掩蔽掉特殊环境中的物体。静止人类存在检测移除了占用者周期性地移动或挥手以便保持系统不被关断的需要。在一些实施例中，静止人类存在可以包括临时在IR传感器的视场之外（诸如在隔间壁之后）的人。此外，与等待直到固定输出时段结束对照，允许空间一空闲就关断输出提供了增加的能量效率。这样的技术可以与例如众多系统集成，诸如照明、监视、HVAC、安全/警报系统等。在一个实施例中，IR传感器或相机可以安装在天花板上以创建房间的IR图像或帧。在一个这样的示例中，IR传感器包括IR网格阵列并且与微控制器或其它适当的计算系统对接。在其它实施例中，多个IR传感器可以一致地工作以扫描区域，并且可以存在传感器之间的某种重叠。在这样的实施例中，在房间内的不同角度处的多个IR传感器可以虑及较大的IR可见性，使得人很少离开所有IR传感器的视场。在一些实施例中，传感器可以每秒将固定数目的帧发送给微控制器（例如每秒4、8或16个帧）以用于IR图像处理。在其它实施例中，图像处理可以可替换地在与微控制器通信的分离计算机或处理器上执行。在一个实施例中，IR带选择基于许多因素，包括室内/室外感测、操作距离、感兴趣物体的温度和感兴趣物体的辐射率（emissivity）。在用于室内占用感测的一个具体示例中，使用8-14um之间的远红外波长范围。适当的传感器的示例包括Omron D6T-44L-06 (4×4)、Panasonic "GridEYE" AMG8831 (8×8)、或者Melexis MLX90620 (4×16)传感器。

在一个示例实施例中，在不同时间段之上计算IR图像的移动平均，并且可以通过计算平均图像之间的增量来确定空间中的任何活动。平均可以在各种时间增加量之上以及以各种间隔执行，如将领会到的。例如，可以每分钟执行1秒平均（例如，如果IR传感器每秒捕获16个帧，则对16个帧平均）或者10秒平均（对160个帧平均）。在一个具体示例实施例中，可以在时间t=5秒处，并且再次在时间t=10秒处，计算5秒平均，并且这两个5秒平均可以相减以得到增量值。如将领会到的，在一些实施例中，对图像平均并且比较经平均的图像以计算增量值可以以不同时间间隔执行并且平均可以具有不同时间长度。在一些实施例中，对多个帧平均也可以提供噪声过滤。每秒的大量IR帧提供增多的数据以及增大的噪声量，并且该噪声可以通过利用噪声过滤缓冲器进行多个平均而减少。给定房间可以在空闲时具有特定IR图像，并且任何附加热源将由IR传感器检测，其创建暗示活动的有限增量值。例如，如果房间在人进入之前三分钟内空闲，则在10秒、30秒、1分钟和2分钟之上的平均IR图像将基本上相等（在给定容差内）并且增量值将是零。然而，在3分钟之后，人类进入房间并且人类的身体温度创建新的IR图像，从而使得增量值由于增加的人类的热特征而为正实数。

在一个实施例中，很大的增量值的检测指示活动并且可以触发灯开启，而同时随时间计算掩码以便检测静止人类存在并使灯维持开。用于增量活动的阈值可以取决于具体应用，并且可以基于人类的热特征，与宠物、加热器、膝上型电脑风扇等的热特征对照。在一个实施例中，增量值（IR场景中的改变）随时间被积分以计算掩码帧，使得背景活动（诸如循环温暖物体）由于增量总和而变得无效并且不在掩码中显现。然而，相对快速移动的人类呈现非零值的增量并且这些区域清楚地在掩码中显现，基本上在前景与背景之间区分。在一个具体示例中，人进入房间并且在一小时内保持在那里而没有显著移动。在这样的示例中，增量值将在初始进入之后为零，但是掩码将保持正数，从而反映静止人类存在。在人离开房间之前，掩码将保持正数并且灯可以保持开；但是一旦人离开房间，则负增量被计算，负增量被添加到掩码，并且灯可以以相对及时的方式关掉。掩码可以针对背景或任何循环热源保护场景中的静止人类占用者，并且在一些实施例中可以在IR图像上执行另外的数学处理以用于背景估计和存在检测。在其它实施例中，增量总和可以除以单独的IR像素、或者像素的群簇，以便检测局部存在。

在可替换实施例中，可以使用可见光传感器和/或相机来替代IR传感器或者与IR传感器组合使用，或者被动IR传感器可以开启输出而IR网格阵列可以用于关断输出。然而，这样的解决方案可能要求存在可见光，消耗附加计算或处理能力，具有较高功耗，或者引起隐私问题。如将领会到的，所公开的技术提供可以用于控制灯、HVAC系统、百叶窗、监视相机、或者可以受益于人类存在检测的任何其它系统的数字输出。然而，出于描述简单起见，提供用于控制照明系统的示例。

人类存在检测示例

图1是针对诸如HVAC系统之类的循环热源的随时间的房间温度的图。在这样的示例中，当房间温度达到下阈值-T时，加热器开启并且稳定地增加房间温度一直到上阈值+T，此时加热器关断并且房间缓慢地冷却到下阈值，并且循环重复。在该特定示例中，加热器在时间t=0处并在2.5小时标记处开启，并且在达到温度+T时的1小时、3.5小时标记处关断。当温度在+T与-T之间变化时，随时间的平均温度是常量T_AVE并且从时间t=0到t=5小时的净温度改变是零。

图2是针对进入和离开房间的人类的随时间的房间温度的图。在该示例中，人类短暂地进入房间，从而引起局部温度中的波峰。热源的热质量可以基于温度随时间的改变的斜率以及热变化的幅度来计算。如可以看到的，与图1的循环热源相比，该示例中的局部温度更显著地增大并且具有更陡的斜率，因为人类身体具有较大的局部热特征。

在一个实施例中，IR传感器数据被获取为单独的帧，其可以表述为F(w,h)，其中w=帧宽度并且y=帧高度。在一些实施例中，这样的帧的宽度可以通过IR传感器中的像素计数或数字分辨率来确定。在一些实施例中，所获取的帧可以随时间而平均以用于噪声过滤的目的，以及计算用于确定增量值的多个帧平均。为了描述的简单起见，在下文以2×2像素阵列提供示例；然而，其它IR图像分辨率是可能的并且将根据本公开内容而显而易见。在一些实施例中，等式（1）可以用于计算帧平均，其中F _i表示第i秒处的IR帧值，并且

表示在t秒之上的平均IR帧。

增量帧F _Δ(m,n)可以通过减去在不同时间段之上平均的两个帧来计算。对于静态热源，诸如在延长的时间段内坐在桌边的人，增量帧将在人进入房间时为正，但是保持零直到人离开。可以周期性地检测循环热源并且增量值将相应地改变，然而，如在图1中图示的，增量值随时间的平均将为零。在一个实施例中，增量帧可以由等式（2）表示，其中F _ave,m是在时间m之后的平均帧，并且F _ave,n是在时间n之后的平均帧。

图3图示了根据本发明的实施例的一分钟之后的增量帧的计算。如上文提及的，在该特定示例中，IR传感器包括四个像素并且被扫描的房间被分成四个区段。在时间t=0处，房间的一个角落具有小热源，诸如灯，其具有热特征1。在一分钟之后，具有较大热特征2的两个人进入房间的右侧并且在IR帧的右边的两个像素具有值2。提供这些热特征值仅用于说明性目的并且不意为反映具体温度值。从时间零处的帧减去一分钟处的平均IR帧产生时间t=1分钟处的增量帧。在一些实施例中，增量帧中的充分大的值可以指示房间中的人类活动并且使灯开启。在一个具体示例中，灯开启、膝上型电脑风扇激活或者猫进入房间不会创建增量帧中的足够大的值以触发照明系统，而人类的热特征触发系统并且使灯开启。IR传感器可以检测所扫描空间的隔离区域中的活动，并且还可以计算总活动幅度值。计算局部活动可以包括例如扫描具有不同像素的空间的某些区域以及计算用于每一个像素或像素群簇的局部增量。可以例如通过添加给定时间点处的增量帧中的所有像素来计算总活动幅度。在一个实施例中，总活动幅度V _FΔ可以通过等式（3）表示，其中P _Δ (x,y)表示像素化阵列上的位置(x,y)处的像素P的值，并且V _FΔ表示增量帧中的所有像素之和。

在一些实施例中，一旦已经利用增量帧检测到房间内的活动，则房间内的继续存在可以通过计算掩码帧来确定。这样的掩码帧可以通过随时间对增量帧进行积分来计算。即使没有检测到附加增量值，掩码帧也可以通过保持正值来检测静止人类存在。计算局部存在可以包括例如扫描具有不同像素的空间的某些区域，以及计算用于每一个像素或像素群簇的局部掩码帧值。在这样的实施例中，IR传感器阵列中的像素可以分段成阵列或群簇，每一个群簇对应于例如会议室的区段或隔间的行。在一些实施例中，取决于用于捕获IR帧的IR传感器的灵敏度和分辨率，可以计算所扫描位置内的人的位置和数目的估计。此外，在一些实施例中，单个人的位置可以使用所描述的技术连续地追踪。在一个特定实施例中，高分辨率IR传感器可以基于掩码帧内的相干像素的数目和形状或者掩码帧的像素的运动和速度来确定人类存在。此外，可以检测进入或离开IR传感器的视场（例如在隔间壁之后）的人类并且系统可以配置成计及掩码帧中的这样的活动。

在一些实施例中，掩码帧F _Mask可以通过等式（4）表示，其中F _Δi表示第i秒处的增量帧，并且β表示用于随时间清除（clear）掩码的削弱因子（diminishing factor）。尽管循环热源将随时间在掩码中否定（negate）自己，但是可能必要的是对掩码帧进行重新校准或清除以便计及例如增加的静态热源。在一个示例中，增加的静态热源可以是空间加热器、灯或台式计算机，其在长时间段内添加到房间并且不是循环热源。削弱因子通过以某些间隔清除掩码而计及这些情况。在正常情况下，静止人类存在在任何一个时间处将不会在相同地点中持续多于几个小时，所以削弱因子可以被选择成使得在几个小时后从掩码帧清除静止热源。在一个实施例中，β是从掩码必须被清除的时间导出的固定数。因而，在一个实施例中，对增量值进行累积将人类存在与循环热源相区分，而同时削弱因子将人类存在与背景相区分。

图4示出根据本发明的一个实施例的各种时间间隔处的IR帧、增量帧和掩码帧。在该特定示例中，IR传感器包括四个像素并且被扫描的房间被分成四个区段或象限。在时间t=0处，房间的一个角落具有小热源，诸如灯或台式计算机，其具有热特征1。该热源通过时间t=0处的第一IR帧中的第三象限中的值1来反映。在该实施例中，t=0处的增量帧和掩码帧全部为零。在时间t=10秒处，具有较大热特征2的两个人进入房间的右侧并且IR帧的第一和第四象限现在具有值2。时间t=10秒处的增量帧和掩码帧二者的第一和第四象限具有值2，从而反映附加人类存在。在一个实施例中，照明系统配置成在检测到具有2或更大的热特征的物体进入房间时激活，因此，在t=10秒处房间中的灯将开启。在时间t=1分钟处，在该示例实施例中，房间的右上角中的人移动到房间中的另一地点，从而导致IR帧的第二象限现在具有值2并且第一象限具有值零。在该示例中，在时间t=1分钟处，增量帧现在在第二象限中具有值2并且在第一象限中具有值-2。因为掩码帧是增量帧的总和，所以现在掩码帧在第二象限中具有值2并且在第一象限中具有值零。在一小时之后，在该示例中，在房间中未发生附加活动，并且因此，时间t=1小时处的IR帧与t=1分钟处相同。时间t=1小时处的增量帧是零，因为未检测到改变，然而，时间t=1小时处的掩码帧在该特定示例中仍然在第二和第四象限中具有值2，从而反映房间的那些部分中的静止的人。尽管标准运动感测照明系统可能在一小时内没有检测到运动之后关断，但是灯在该示例实施例中保持开，因为掩码帧监视静止存在。

图5示出根据本发明的另一实施例的各种时间间隔处的房间的IR帧、增量帧和掩码帧。在该特定示例中，IR传感器包括四个像素并且被扫描的房间被分成四个区段或象限。在时间t=0处，房间的一个角落具有小热源，诸如灯或台式计算机，其具有热特征1。该热源通过时间t=0处的第一IR帧中的第三象限中的值1来反映。在该实施例中，t=0处的增量帧和掩码帧全部为零。在时间t=10秒处，具有较大热特征2的一个人进入房间的右侧并且IR帧的第一象限现在具有值2。此外，加热口开启并且在时间t=10秒处在IR帧的第四象限中检测到热特征1。增量帧和掩码帧的第一象限具有值2，而增量帧和掩码帧的第四象限在时间t=10秒处具有值1。在一个实施例中，照明系统配置成在检测到具有2或更大的热特征的物体进入房间时激活，因此，在t=10秒处，房间中的灯将开启。在时间t=1分钟处，在该示例实施例中，房间的右上角中的人移动到房间中的另一地点，从而导致IR帧的第二象限现在具有值2并且第一象限具有值零。在该示例中，在时间t=1分钟处，增量帧现在在第二象限中具有值2并且在第一象限中具有值-2。因为掩码帧是增量帧的总和，所以掩码帧现在在第二象限中具有值2并且在第一象限中具有值零。在该示例中，在一小时之后，在房间中未发生附加人类活动。然而，在IR帧的第四象限中检测到的局部加热源关断，从而使增量帧的第四象限在时间t=1小时处具有值-1。循环热源然后在时间t=1小时处从掩码帧减去并且掩码帧的第四象限具有值零。在该示例实施例中，虽然在第四象限中的加热源关断时检测到热的减少，但是灯在时间t=1小时处仍然保持开，因为第二象限中的人类存在仍然被掩码帧检测到。

在一些实施例中，掩码幅度可以被计算为给定时间点处的掩码帧F _Mask中的所有像素之和。掩码幅度V _FMask可以例如通过等式（5）表示，其中P _Mask (x,y)表示像素化阵列上的位置(x,y)处的像素P的值。

在一些实施例中，可以计算数字掩码帧，其以二进制格式表示掩码帧。在一个示例中，数字掩码可以用于通过过滤掉典型地由人类存在所创建的那些增量值以下的掩码中的任何IR增量值而容易地标识所扫描空间内的人类存在。具体地，例如，如果人类存在具有热特征值2，并且具有热特征1的猫进入房间，则掩码帧可以在一个区段中包括值1。然而，因为热特征1在针对人类存在的阈值以下，所以在一些实施例中，数字掩码可以忽视该值。在其它实施例中，阈值可以被计算为平均像素值，或者适于过滤掉掩码帧中的不想要的值的任何其它值。在一个具体示例中，数字掩码帧F _DMask可以通过等式（6）和（7）表示，其中P _Mask (x, y)表示位置(x,y)处的掩码帧中的像素值，P _DMask (x,y)表示数字掩码帧的位置(x,y)处的像素值，Threshold表示掩码帧中的平均像素值，并且F _DMask表示二进制数字掩码。

图6示出根据本发明的一个实施例的各种时间间隔处的房间的IR帧、增量帧、掩码帧和数字掩码帧。在该特定示例中，IR传感器包括四个像素并且被扫描的房间被分成四个区段或象限。出于描述简单起见，在该特定示例中，利用像素阈值1计算数字掩码帧，使得具有大于1的热特征值的任何掩码帧像素将在数字掩码帧中具有非零值。在时间t=0处，在所扫描的房间中没有检测到热源，因此，IR帧是零，并且增量帧、掩码帧和数字掩码帧也将为零。在一个示例中，在时间t=10秒处，在房间的一个角落中，加热器开启，从而使IR帧的第二象限在时间t=10秒处具有值1。时间t=10秒处的增量帧和掩码帧二者在第二象限中均具有值1，在该示例中，其表示房间的角落中的加热源。然而，数字掩码帧仍然保持在零处，因为来自加热器的热特征1不大于针对人类存在的阈值。因为在数字掩码帧中不存在非零值，所以在该示例中，灯将在时间t=10秒处保持关。在时间t=1分钟处，人进入房间的右上角，在该示例中，其导致IR帧、增量帧和掩码帧的第一象限现在具有值2。然而，数字掩码现在检测到掩码帧中的热特征2，其在针对人类存在的阈值以上。因此，在该示例中，在时间t=1分钟处，数字掩码在第一象限中具有值1，并且灯将开启。

在该示例中，在时间t=10分钟处，右上角中的人移动在房间的左上部中的加热器之前，从而遮挡加热器的热特征并且导致IR帧的第二象限现在具有值2并且第一象限具有值零。在该示例中，在时间t=10分钟处，增量帧现在在第二象限中具有值1并且在第一象限中具有值-2。因为掩码帧是之前的增量帧的总和，所以时间t=10分钟处的掩码帧在第二象限中具有值2并且在第一象限中具有值零。在该示例中，数字掩码帧仍然检测到掩码帧中的热特征2，其在针对人类存在的阈值以上。因此，在该示例中，在时间t=10分钟处，数字掩码帧在第二象限中具有值1，并且灯保持开。在一小时之后，人离开房间，在该示例中，其导致时间t=1小时处的IR帧在第二象限中仅具有值1。时间t=1小时处的增量帧在第二象限中具有值-1，在该示例中，其表示人已经离开房间并且加热器保持开。在该实施例中，掩码帧在第二象限中具有值1，其不在针对人类存在的阈值热特征以上，因此，数字掩码帧将在所有区段中具有值零并且灯将在时间t=1小时处关断。在一些实施例中，取决于削弱因子β的值，如果加热器在房间的左上区段中保持开，则其可以从掩码帧被清除，使得其将不再贡献于掩码帧的值。

在一些实施例中，可以计算逆数字掩码F _InvDMask，其是数字掩码的按位补码并且可以用于背景估计。时间“n+1”处的背景帧F _Back(n+1)可以通过等式（8）表示，其中F _Back(n)表示之前计算的背景帧，F _Coeff表示背景权重系数的帧，并且F _φ(n,t)表示从帧缓冲区计算的平均帧，其中平均是n秒前t秒之上所接收的帧的平均。在一些实施例中，背景帧以零开始并且随着平均帧的增加而随时间缓慢增大。逆数字掩码帧F _InvDMask是掩码帧的逆敬意（compliment），使得逆数字掩码将仅具有正值，其中掩码帧具有零值，由此将背景帧约束于不包括在掩码中的帧区段。这样的背景帧可以表示所扫描区域内的静止或循环热物体的IR特征。在一些实施例中，系数帧通过等式（9）表示，其中P _Mask (x,y)是位置(x,y)处的掩码帧中的像素P的值。

在一些实施例中，可以使用背景帧来检测静止人类存在，其中从IR帧的当前平均减去背景帧。与从掩码帧检测静止人类存在相比，背景估计要求更多的IR图像处理；然而，在一些实施例中可以通过从IR帧的当前平均减去背景帧而实现增大的准确度。这样的技术接收IR传感器数据并且移除涉及背景物体和热源的任何数据，从而有效地将可以存在于房间中的任何背景IR热和静止人类存在相区分。存在帧表示在从短期平均减去背景帧之后的最终存在计算结果。在一个实施例中，存在帧F _Presenc可以通过等式（10）表示。

在一些实施例中，可以计算局部存在或全体（general）存在。计算局部存在可以例如包括扫描具有不同像素的空间的某些区域以及计算用于每一个像素或像素群簇的局部存在值。在其它实施例中，可以使用等式（11）计算总存在值，其中P _Presence (x,y)表示像素化阵列上的位置(x,y)处的像素P的值，并且V _FPresence表示存在帧中的所有像素之和。

方法

图7a图示了根据本发明的实施例的用于检测静止人类存在的方法。该方法可以以通过IR传感器检测701活动而开始。在一些实施例中，IR传感器包括能够检测进入和在所扫描空间内移动的热物体的IR像素的阵列。该方法可以以执行702噪声过滤而继续，其包括对由IR传感器所检测的IR帧进行平均。该方法可以以计算703第一平均帧而继续。第一平均帧可以包括在第一时间段（例如一秒）之上的IR帧的平均。其它时间段是可能的并且本文中描述的平均帧可以在任何数目的时间增加量之上计算。该方法可以以计算704随后的平均帧而继续。一旦已经计算至少两个平均帧，则该方法可以以计算705增量帧而继续。可以例如通过从第一平均帧减去随后的平均帧来计算增量帧。在一些实施例中，可以在各种时间增加量处计算若干平均帧，并且可以通过从之前的平均帧减去任何平均帧来计算增量帧。该方法可以以从增量帧值确定706人类活动而继续。在一些实施例中，照明系统可以配置成在检测到与进入房间的人的热特征相关联的增量值（在本文中通称为热特征差异）时激活。在这样的实施例中，小于由人类存在所引起的增量值的任何增量值（诸如宠物或加热口）将不会触发照明系统。该方法可以以确定707是否已经计算多个增量帧而继续。如果尚未计算多个增量帧，则该方法可以以计算704另一随后平均帧以及计算705另一增量帧而继续。如果已经计算多个增量帧，则该方法可以以对增量帧进行求和708以计算掩码帧而继续。

在已经计算掩码帧之后，该方法可以以确定709是否期望背景估计而继续。如果不期望背景估计，则该方法可以以基于掩码帧的值来确定710人类存在而继续。在一些实施例中，从掩码帧确定人类存在可以包括计算数字掩码帧。如果期望背景估计，则该方法可以以通过计算背景帧来执行背景估计711而继续。该方法可以以从当前平均帧减去712背景帧以便确定人类存在而继续。在一些实施例中，执行背景估计以及从平均帧减去背景帧可以提供用于人类存在检测的附加准确度。

图7b图示了根据本发明的实施例的可以实施图7a的方法的示例系统。如可以看到的，该系统包括微控制器或计算机，其配置成使用从IR传感器收集的数据来检测房间中的人类存在。在该特定示例实施例中，微控制器或计算机被编程或以其它方式配置有许多模块，包括传感器输入模块、噪声过滤/平均模块、增量帧模块、掩码帧模块和背景帧模块。如将领会到，功能模块可以从一个实施例到另一个实施例而变化，如集成程度可以的那样。例如，在一些实施例中，增量帧、掩码帧和背景帧模块可以实现在提供相同总体功能性的单个模块中。为此目的，要指出的是，提供所示出的示例结构以用于讨论的目的并且不意图将所要求保护的发明限制于任何特定结构。

在该特定示例中，传感器输入模块连接到位于具有单个进入门的房间内的许多IR传感器S1-4。微控制器或计算机可以是任何适当的微控制器（例如，Arduino微控制器或其它适当的处理环境或计算系统），并且可以包括一个或多个协处理器或控制器。功能模块可以例如以任何适当的编程语言（例如，C、C++、面向对象C、JavaScript、自定义或专有指令集等）来实现，并且被编码在非暂时性机器可读介质上，其在由微控制器（和/或协处理器）执行时实施如在本文中不同地描述的人类存在检测技术。在本文提供的示例中，人类存在检测可以使用单个微控制器/计算机内的各种模块来实现，然而，如上文讨论的，在其它实施例中，图像处理和人类存在检测可以可替换地在与彼此并与IR传感器通信的两个或更多分离的计算机、微控制器或处理器上执行。当描述所示出的各种示例模块时，将参照之前参照图7a讨论的对应功能。

进一步参照图7b中示出的示例实施例，传感器输入模块被编程或以其它方式配置成从位于房间内的各种位置处的IR传感器S1-4接收输入并且通过IR传感器检测701活动。在一些情况下，可能期望的是将IR传感器定位在天花板和至少两个相邻的壁上以便有效地扫描房间。在一些实施例中，噪声过滤/平均模块配置成执行噪声过滤702，并且计算许多平均帧703-704。在该示例中，增量帧模块配置成计算705增量帧，基于增量帧的值确定706房间内的活动，并且确定707所计算的增量帧的数目。在一些实施例中，掩码帧模块配置成对增量帧进行求和708以计算掩码帧值，并且从掩码帧值确定710存在。在其它实施例中，掩码帧模块还可以被编程或以其它方式配置成计算数字掩码作为用于确定人类存在的可替换技术。在一些实施例中，背景帧模块可以配置成确定709是否期望背景估计，执行711背景估计，并且从平均帧减去712背景帧以确定人类存在。在该特定示例中，微控制器/计算机还基于人类存在确定而产生数字输出，并且该数字输出可以用于控制各种系统，包括例如照明、监视、HVAC、安全和/或警报系统。

众多实施例将是显而易见的，并且本文描述的特征可以以任何数目的配置组合。本发明的一个示例实施例提供存在检测系统。该系统包括配置成扫描区域并且捕获多个IR帧的IR传感器。该系统还包括操作地耦合到IR传感器的处理器，其中处理器配置成接收多个IR帧，并且基于IR帧中所指示的热特征差异来检测区域中的人类存在以及人类存在的缺失。在一些情况下，处理器配置成在各种时间间隔之上计算多个平均IR帧，通过从当前平均IR帧减去之前计算的平均IR帧来计算多个增量帧，并且通过对多个增强帧进行求和来计算掩码帧。在一些这样的情况下，处理器还配置成基于掩码帧乘以削弱因子的值来确定人类存在是否在所述区域中存在。在其它这样的情况下，处理器还配置成计算数字掩码，该数字掩码以二进制格式表示掩码帧，并且其中基于数字掩码的值来确定人类存在。在其它这样的情况下，处理器还配置成基于人类存在是否存在而提供数字输出，并且该数字输出用于控制HVAC、照明、百叶窗、监视和/或安全系统中的至少一个。在其它这样的情况下，处理器还配置成使用削弱因子来清除掩码帧，其中将掩码帧乘以削弱因子在某一时间段之后从掩码帧清除在温度方面循环的非人类热源和静止IR热源。在其它这样的情况下，处理器还配置成基于掩码帧的值来追踪人类存在在区域内的位置。

本发明的另一实施例提供检测人类占用的方法。该方法包括使用IR传感器扫描区域；基于由IR传感器捕获的数据来提供多个IR帧；通过处理器计算各种时间间隔之上的多个平均IR帧；通过处理器计算多个增量帧，其中每一个增量帧是当前平均IR帧和之前计算的平均IR帧之间的差异；通过处理器计算掩码帧，其中掩码帧是增量帧的总和；以及基于掩码帧的值来确定人类存在是否在所述区域中存在。在一些情况下，检测多个IR帧还包括将IR传感器数据与相机数据进行组合。在一些情况下，该方法还包括计算数字掩码，其中数字掩码以二进制格式表示掩码帧；以及基于数字掩码的值来确定静止人类存在是否存在。在一些这样的情况下，该方法还包括计算背景帧，其中背景帧表示未在数字掩码中表示的IR传感器数据；以及通过从当前平均IR帧减去背景帧来确定人类存在。在一些情况下，该方法还包括基于增量帧的值来确定所扫描区域内的活动。在一些情况下，该方法还包括基于掩码帧的值来追踪人类存在的位置。在一些情况下，该方法还包括基于掩码帧的值来估计所扫描区域内的人类存在的位置和数目。在一些情况下，该方法还包括使用削弱因子来清除掩码帧，其中将掩码帧乘以削弱因子在某一时间段之后从掩码帧清除在温度方面循环的非人类热源和静止IR热源。在一些情况下，该方法还包括基于静止存在是否存在而提供数字输出，其中数字输出用于控制HVAC、照明、百叶窗、监视和/或安全系统中的至少一个。

本发明的另一实施例提供存在检测系统。该系统包括配置成扫描区域并且捕获多个IR帧的IR传感器；以及处理器，其配置成：计算各种时间间隔之上的多个平均IR帧；计算多个增量帧，其中每一个增量帧是当前平均IR帧与之前计算的平均IR帧之间的差异；计算掩码帧，其中掩码帧是增量帧的总和；以及基于掩码帧的值来确定静止存在是否存在。在一些情况下，处理器还配置成基于静止存在是否存在而提供数字输出，其中数字输出用于控制HVAC、照明、百叶窗、监视和/或安全系统中的至少一个。在一些情况下，处理器还配置成使用削弱因子来清除掩码帧，其中将掩码帧乘以削弱因子在某一时间段之后从掩码帧清除在温度方面循环的非人类热源和静止IR热源。在一些情况下，处理器还配置成基于增量帧的值来确定所扫描区域内的活动。在一些情况下，处理器还配置成基于掩码帧的值来追踪人类存在的位置。

已经出于说明和描述的目的而呈现了本发明的实施例的前述描述。其不意图为穷举的或者将本发明限于所公开的精确形式。根据本公开内容，许多修改和变化是可能的。所意图的是，本发明的范围不由该详细描述所限制，而是由随附的权利要求所限制。

Claims

1.一种存在检测系统，包括：

红外（IR）传感器，其配置成扫描区域并且捕获多个IR帧；以及

处理器，其操作地耦合到IR传感器，其中处理器配置成：

接收多个IR帧；

计算各种时间间隔之上的多个平均IR帧；

计算多个增量帧，其中每一个增量帧是当前平均IR帧和之前计算的平均IR帧之间的差异；

计算掩码帧，其中掩码帧是增量帧的总和；以及

基于掩码帧的值来确定静止存在是否存在。

2.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成计算数字掩码，所述数字掩码以二进制格式表示掩码帧，并且其中基于数字掩码的值来确定人类存在。

3.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成基于人类存在是否存在而提供数字输出，并且其中所述数字输出被用于控制HVAC、照明、百叶窗、监视和/或安全系统中的至少一个。

4.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成使用削弱因子来清除掩码帧，其中将掩码帧乘以削弱因子在某一时间段之后从掩码帧清除在温度方面循环的非人类热源和静止IR热源。

5.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成基于掩码帧的值来追踪人类存在在所述区域内的位置。

6.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成基于增量帧的值来确定所扫描区域内的活动。

7.权利要求1所述的系统，其中处理器还配置成基于掩码帧的值来追踪人类存在的位置。

8.一种检测人类占用的方法，包括：

使用IR传感器扫描区域；

基于由IR传感器捕获的数据来提供多个IR帧；

通过处理器计算在各种时间间隔之上的多个平均IR帧；

通过处理器计算多个增量帧，其中每一个增量帧是当前平均IR帧和之前计算的平均IR帧之间的差异；

通过处理器计算掩码帧，其中掩码帧是增量帧的总和；以及

基于掩码帧的值来确定人类存在是否在所述区域中存在。

9.权利要求8所述的方法，其中检测多个IR帧还包括将IR传感器数据与相机数据进行组合。

10.权利要求8所述的方法，还包括：

计算数字掩码，其中所述数字掩码以二进制格式表示掩码帧；以及

基于数字掩码的值来确定静止人类存在是否存在。

11.权利要求10所述的方法，还包括：

计算背景帧，其中所述背景帧表示未在数字掩码中表示的IR传感器数据；以及

通过从当前平均IR帧减去背景帧来确定人类存在。

12.权利要求8所述的方法，还包括基于增量帧的值来确定所扫描区域内的活动。

13.权利要求8所述的方法，还包括基于掩码帧的值来追踪人类存在的位置。

14.权利要求8所述的方法，还包括基于掩码帧的值来估计所扫描区域内的人类存在的位置和数目。

15.权利要求8所述的方法，还包括使用削弱因子来清除掩码帧，其中将掩码帧乘以削弱因子在某一时间段之后从掩码帧清除在温度方面循环的非人类热源和静止IR热源。

16.权利要求8所述的方法，还包括基于静止存在是否存在而提供数字输出，其中所述数字输出被用于控制HVAC、照明、百叶窗、监视和/或安全系统中的至少一个。