CN105898846B - 用于存在检测的自适应滤波 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于存在检测的自适应滤波。用于经由热签名感应来感应用户存在的系统和方法使用了运动频谱的自适应滤波来识别在背景热噪声上的用户存在签名(400)。在实施例中，自适应子带滤波器(701、703、705、707、709)在运动频谱内应用(500)，且用户存在由在任何搜索的子带内的具有至少预定幅度或轮廓的热签名的存在来指示(409)。在实施例中，如果子带搜索流程没有产生用户热签名的话，低通滤波器被应用(413)来搜索静止存在。

Description

用于存在检测的自适应滤波

技术领域

本公开一般涉及移动设备访问，更具体涉及用于基于滤波的热信号搜索来检测和表征用户存在的系统和方法。

背景技术

根据近来的研究，便携电子设备的主人现在每天平均花费超过三个小时来使用他们的设备。而且，这些交互不再只是语音呼叫；用户现在还在其设备上进行规划、购买、播放以及安排。不是通过若干设备来缓慢进行多任务，或者被迫长时间使用传统PC平台，用户现在可以在其他活动的间歇在单个设备上快速处理许多更小型的任务。

但是，便携电子设备通常需要电池电力，而且多数便携电子设备因此被配置为在一定的未使用时期后自动锁定或进入空闲以便节省电池电力。因此，用户在每次希望开始新任务或者结束之前被部分地执行的任务时，通常必须解锁设备，而每个解锁交互耗费了时间。每天离散用户交互的绝对数目和频率意味着任何访问延迟可以累积为一天内生产力的显著损失。

尽管本公开旨在提供一种能够消除背景技术部分中所注释的一些缺点的系统，应该认识到的是，任何这样的益处并非对所公开的原理的范围的限制，也不是对所附权利要求的范围的限制，除非到在权利要求中明确注释的程度。此外，在此背景技术部分中的技术讨论反映的是发明人自己的意见、考虑和想法，且不想以任何方式精确地记录或全面地总结现有技术。因此，发明人明确拒绝将该部分作为关于所讨论细节的承认或假设的现有技术。而且，这里对所需行动步骤的识别反映了发明人自己的意见和想法，不应该被假设为指示出识别的技术期许。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有热用户感应的电子设备，所述电子设备包括：

设备外壳；

至少部分在所述设备外壳内的热传感器；以及

设备控制器，被配置为通过在预定频带内搜索至少预定幅度或轮廓的热签名而经由热传感器感应用户存在，其中，在预定频带内搜索包括在所述预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索，以及如果在任何搜索的子带内检测到至少预定幅度或轮廓的热签名则确定用户存在，

其中，所述多个子带滤波器的宽度和数量是基于整体热信号强度来选择的，其中，子带滤波器宽度随着整体热信号强度的增加而连续或离散增加，而子带滤波器的数量随着整体热信号强度的增加而连续或离散减少。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在具有热传感器的电子设备内的热用户感应的方法，所述方法包括：

通过在预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索来在预定频带内搜索预定幅度范围或轮廓的热签名；以及

如果在任何搜索的子带内检测到至少预定幅度范围或轮廓的热签名则确定用户存在，

其中，所述子带的宽度和数量是基于整体热信号强度来选择的，使得更高的整体热信号强度与子带的更低数量和每个子带的更宽的宽度相关联。

根据本发明的又一个方面，提供了一种从便携电子设备确定用户存在的方法，包括：

通过在一起跨越预定频谱的预定数量的子带中的每个子带内搜索用户热签名来在预定频谱内搜索用户的热签名；以及

当在所有子带被搜索之前检测到用户热签名时停止搜索并指示用户存在，以及当已经搜索了所有子带而没有检测到用户热签名时停止搜索并指示缺少用户存在，

所述方法进一步包括检测整体热信号幅度，并且其中，预定数量的子带的带宽和数量是基于所述整体热信号幅度而以连续或离散的方式选择的。

附图说明

尽管所附权利要求具体阐述了本技术的特征，这些技术，连同它们的目标和优点，可以根据下面的详细描述并结合附图来得到最好的理解，在附图中：

图1是关于可以实现当前公开原理的实施例的示例设备的简化示意图；

图2是用于实现当前公开原理的实施例的图1的设备的模块化示意图；

图3是可以在其中实现所公开原理的实施例的图1和图2的设备的部分切除的主视图；

图4是示出与所公开原理的实施例相一致的用于执行存在检测的示例过程的流程图；

图5是示出与所公开原理的实施例相一致的单个宽带运动搜索滤波器的谱的频率图；

图6是示出与所公开原理的实施例相一致的多个子带运动搜索滤波器的谱的频率图；

图7是示出与所公开原理的实施例相一致的更大量且更窄的子带运动搜索滤波器的谱的频率图；

图8是示出与所公开原理的实施例相一致的单个窄子带运动搜索滤波器的扫描的频率图；以及

图9是示出与所公开原理的实施例相一致的多个窄子带运动搜索滤波器的转接的频率图。

具体实施方式

在呈现所公开原理的实施例的详细讨论之前，给出特定实施例的概览以帮助读者理解稍后的讨论。如上所注释的，由于在每天的许多访问中每个期间访问其设备时的延迟，便携电子设备的用户可能招致显著累积时间成本。

为了改善这个问题并减低对用户的时间成本，在实施例中，设备被构造且配置为检测用户的存在，以及该存在的特性，诸如移动速度、接近度等等。响应于检测到用户存在，所配置的设备随后前摄性地执行一个或多个任务来简便用户访问设备的能力。这样的出现并不会带来对设备安全性或完整性的妥协。

在实施例中，设备包括至少一个热传感器，诸如热电堆(thermal pile)，具有足够灵敏度来从距离设备达到大约10英尺的接触点检测用户热签名。设备被配置为利用来自热传感器的数据来却分不同用户存在状态和参数，诸如静止存在、运动中的用户、用户速度、用户范围、用户抓握以及低功率的无接触手势控制。为了使得设备能够区分各种状态和参数，提供能够不管背景热噪声而辨别出弱用户签名的自适应滤波器。

在各种环境中，背景热噪声可以来自被动/瞬时热签名、汽车环境热源、用户和设备的热到冷和冷到热转变、热传感器分辨率、热传感器响应和恢复时间、以及内部设备热。即使针对这些可能变化的误差源，设备能够检测出用户静止存在、用户运动、用户接近速度、用户抓握、用户接近度以及用户手势。

当遇到不同热背景时，为了允许在有效距离范围上的检测，设备被配置为应用具有自适应阈值的自适应搜索滤波器用于热检测。这样，设备可以从远处的用户检测弱用户热签名而同时当存在来自近处用户的清晰用户热签名时还保持快速操作。在实施例中，所应用的流程利用自适应检测窗口用于一个或多个传感器中的相应每一个。

用户运动通常具有在从大约0.1Hz直到大约6Hz的范围内的主频率。但是，静止用户呈现基本上在零Hz变化的热签名。在一个实施例中，便携电子设备被配置为在热传感器输出上扫描窄子带频率滤波器，直到检测到用户存在签名或者直到搜索了所有子带而未检测到签名。

可替换地，代替扫描子带滤波器，设备可以在一起覆盖想要的搜索频谱例如0.1Hz到6Hz的多个离散子带滤波器之间切换。在任一情况中，(一个或多个)子带滤波器的宽度可以是自适应的，且窄滤波器允许特定运动的检测而同时保持噪声频带限制。这导致高信噪比(SNR)。

在实施例中，子带搜索开始于频谱的高频端(顶)(对应于更快的移动，其还可能指示更接近的用户接近度)并且向下行进通过更低频率到所搜索频谱的低频端(底)。如果检测到运动，则设备停止搜索。如下面所注释的，如果在频谱搜索期间没有找到运动存在，还可能执行在零Hz的搜索。

移动热签名相比静止或不移动的用户存在更易于被正确识别，因为不移动的用户存在签名会更易于与热噪声和人造源相混淆。但是，如果没有检测到快速运动，则设备向下朝更慢运动/更低频率扫描滤波器(或转接离散的滤波器)到范围的更低端，例如0.1Hz。如果在搜索整个运动检测范围时没有检测到运动，设备在实施例中被配置为随后切换为检测无运动/静止存在。特别地，为了评估静止存在同时最小化背景热噪声的影响，设备在实施例中将滤波器类型从窄带通切换为窄低通。

如上所注释的，设备可以被配置为适应所应用的扫描滤波器(或者离散滤波器)以平衡检测速度与信号强度。例如，在实施例中，当用户信号签名强或可能强时，诸如当用户接近设备时(例如5英尺内)，设备可以利用覆盖整个运动频谱(例如0.1-6Hz)的单个宽带通滤波器。

但是，随着用户签名变得更小(诸如当用户进一步远离设备，例如5到8英尺远)，设备在实施例中返回到应用多个中等带宽子带滤波器(例如，高、中、低)而不是单个带通滤波器。在这个示例中，每个子带滤波器覆盖大约2Hz。随着信号变得更加小，设备在实施例中返回到更多且更窄的子带滤波器，或者具有例如0.5带通带宽的子带滤波器宽度的更窄的扫描子带滤波器。这样，设备又能够来自适应平衡检测的速度与检测的容易性。

考虑到这个概览，现在转到结合附图的更详细的讨论，本公开的技术被图示为在合适的计算环境中实现。下面的设备描述基于所公开原理的实施例和示例并且不应该被用于关于这里未明确描述的可替换实施例而限制权利要求。因此，例如，虽然图1图示可以在其内实现所公开原理的实施例的示例移动设备时，将认识到，可以使用其他设备类型，包括但不限于笔记本计算机、平板计算机、个人计算机、嵌入式汽车计算系统等等。

图1的示意图示出了示例设备110，其形成部分环境，在其内可以实现本公开的方面。特别是，该示意图图示说明了用户设备110，包括若干示例部件。将认识到，根据用户偏好、部件可用性、价格点和其他考虑因素，在给定实现中可以使用附加或可替换部件。

在图示的实施例中，用户设备110的部件包括显示屏120、应用(例如程序)130、处理器140、存储器150、诸如语音和文本输入设施的一个或多个输入部件160、以及诸如文本和可听的输出设施的一个或多个输出部件，例如一个或多个扬声器。

处理器140可以是微处理器、微计算机、专用集成电路等中的任意一个。例如，处理器140可以由来自任何所需系列或制造商的一个或多个微处理器或控制器来实现。类似地，存储器150可以驻留在与处理器140相同的集成电路中。附加地或可替换地，存储器150可以通过网络来访问，例如通过基于云的存储。存储器150可以包括随机存取存储器(即，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRM)或任何其他类型的随机存取存储器设备)。附加地或可替换地，存储器150可以包括只读存储器(即，硬盘驱动器、闪存存储器或任何其他所需类型的存储器设备)。

存储器150存储的信息可以包括与一个或多个操作系统或应用以及诸如程序参数、过程数据等等的信息数据相关联的程序代码。操作系统和应用典型经由存储在非瞬时计算机可读介质(例如存储器150)中的可执行指示来实现以控制电子设备110的基本功能。这样的功能可以包括例如在各种内部部件之间的交互以及到和来自存储器150的应用和数据的存储和检索。

进一步关于应用，这些通常利用了操作系统来提供更具体的功能，诸如文件系统服务以及掌控存储在存储器150中的受保护和不受保护的数据。尽管许多应用可能提供用户设备110的标准或所需功能，在其他情况中，应用提供可选或专门化功能，并且可能由第三方提供商或设备制造商来供应。

最后，关于信息数据，例如程序参数和过程数据，这个不可执行信息可以被操作系统或应用来参考、操纵或者写入。这样的信息数据可以包括，例如，在制造期间被预先编程到设备中的数据，被设备创建或被用户添加的数据，或者上传到服务器或其他设备、从服务器或其他设备下载或在服务器或其他设备处以其他方式访问的任何各种类型的信息，其中设备在其正在进行的操作期间与所述服务器或其他设备处于通信中。

尽管未示出，设备110可以包括软件和硬件联网部件以便允许到和来自设备的通信。这样的联网部件将典型提供无线联网功能，尽管附加地或可替换地可以支持有线联网。

在实施例中，电源190，诸如电池或燃料电池，可以被包括以提供电力给设备110及其部件。所有或一些内部部件借助一个或多个共享或专用内部通信链路195，诸如内部总线，来互相通信。

在实施例中，设备110被编程，使得处理器140和存储器150与设备110的其他部件交互以执行各种功能。处理器140可以包括或实现各种模块且执行用于初始化诸如启动应用、传输数据和在各种图形用户界面对象之间切换(诸如在链接到可执行应用的各种显示图标之间切换)的不同动作的程序。

在所公开原理的实施例中，所图示的设备110还包括存在检测系统180，其被配备且配置为自适应检测用户的热签名以及潜在检测与用户存在有关的各种参数，而不管背景热噪声。为了完成这样的任务，存在检测系统180包括一定的子系统和部件，如下面将在图2的讨论期间更加详细描述的那样。

转到图2，图1的示例设备110包括如上所注释的存在检测系统180。在所图示的示例中，存在检测系统180包括一个或多个存在传感器201、203、205、207。存在传感器201、203、205、207可以是任何合适类型，但是在实施例中，存在传感器201、203、205、207是非接触传感器，被配置为通过提供指示热的幅度的信号或由源发射的其他指示器来响应于附近热源或存在。合适的非接触传感器的示例包括热释电传感器、数字/MEMS热电堆和其他。

作为示例，将更加详细地简短描述热电堆传感器。这样的传感器可能包括基于硅的热电堆芯片，具有多个热电元件，该热电元件具有IR吸收覆层(covering)和IR(红外)透射顶过滤器或窗口。顶过滤器主要确定设备的频谱灵敏度范围。因此，在操作中，通过顶过滤器的IR在IR吸收覆层中被吸收，由此从下面的热电元件中诱发热响应信号。尽管许多热电堆设备输出模拟信号，数字热电堆传感器(数字堆)可被替代用于更好的设备集成和更低的复杂度。

存在传感器201、203、205、207由存在检测模块213来控制。在操作概览中，存在检测模块213接收每个存在传感器201、203、205、207的输出并且处理输出以关于每个存在传感器201、203、205、207确定用户存在和/或存在参数。存在检测模块213可以分析每个传感器的整体热响应并且自适应地确定运动搜索子带宽度和或数量。

随后，存在检测模块213执行所确定的搜索策略并且确定用户是否存在，如果存在，则确定一个或多个存在参数。将结合图4-9来更加详细地讨论存在检测模块213的配置和操作。

尽管所述部件的各种物理配置都是可能的，在图3中用部分切除视图示出了示例物理配置。在所图示的示例中，电子设备110是矩形平面图的。在所示的视图中，电子设备110的前面是可视的，包括用户接口屏幕309。用户接口屏幕309可以是参考图1讨论的显示器屏幕120，或者作为替换，可以使用多个屏幕。

用户接口屏幕309由外壳311围绕或贴到外壳311上。在实施例中，外壳311包含电子设备110的部件，如参考图1和图2所描述的，还包括可选的部件或可替换部件。

多个存在传感器301、303、305、307(对应于例如图2的存在传感器201、203、205、207)被定位于外壳311内，且通常超越用户接口屏幕309的外围。为了在图示示例中简化观看存在传感器301、303、305、307的放置，接口屏幕309和外壳311被示为那些区域中被部分切除。

在所图示的示例中，外壳311的横向边缘被拐角处的槽313穿孔。槽允许来自热源的IR辐射并且允许处理存在传感器301、303、305、307的输出来产生关于热源的运动、方向和位置信息。

转到图4，示出并在设备的环境诸如在图1-3中所示的中描述用于检测用户存在的示例过程400。但是，应该认识到，任何其他合适设备可以被替代地使用。例如，尽管所图示的设备被示出是诸如蜂窝电话的便携通信设备，但描述的过程400还可以在平板设备、笔记本计算设备以及其他的环境中应用。

所描述的过程400可以由作为存在检测系统180的部分的存在检测模块213执行。更一般地，所描述的步骤经由处理器，诸如处理器140(图1)，通过从非瞬时计算机可读介质中检索计算机可执行指令以及可选地检索数据或参数并且执行所检索到的指令，来实现。

参看所示的具体示例，过程400开始于步骤401，由此存在检测模块213轮询存在传感器301、303、305、307或否则访问周期性存在传感器数据。在步骤403，存在检测模块213随后在步骤403处理来自存在传感器301、303、305、307中每个的热信号数据以确定平均热信号强度。

基于平均热信号强度，存在检测模块213在步骤405选择子带(或全频带)滤波器宽度，并且为了使用多个离散子带滤波器，选择这样的滤波器的数量。例如，在平均热信号强度大的情况下，其潜在暗示着附近的用户，存在检测模块213可以选择覆盖感兴趣的运动频谱的单个宽滤波器。这样的滤波器的示例的频谱在图5中示出。特别是，滤波器500跨越从大约0.1Hz到大约6Hz。

作为另一示例，在平均热信号强度为中等大小的情况下，其指示用户可能存在但不在附近，存在检测模块213可以选择一组更窄的滤波器覆盖感兴趣的运动频谱。一组这样的滤波器的谱在图6中示出。特别是，第一滤波器是高范围滤波器，具有跨越从大约4Hz到大约6Hz的频谱601。第二滤波器是中等范围滤波器，具有跨越从大约2Hz到大约4Hz的频谱603。最后，第三滤波器是低范围滤波器，具有跨越从大约0.1Hz到大约2Hz的频谱605。

类似地，如果平均热信号强度小，这用户存在签名，如果用户存在，将在强度上与任何背景噪声相似。在此情况下，存在检测模块213可以选择更大的一组更窄的滤波器覆盖感兴趣的运动频谱。更大的一组更窄滤波器的频谱在图7中示出。特别是，所示出的一组滤波器频谱包括五个子带(701、703、705、707、709)跨越从大约4Hz到大约6Hz的运动频谱，每个子带具有大约1.2Hz的宽度。

在步骤405选择了子带滤波器宽度并且为了使用多个离散子带滤波器而选择了这样的滤波器的数量之后，过程400在步骤407继续。在此步骤，存在检测模块213通过从运动频谱的顶部到运动频谱的底部扫描所选宽度的子带滤波器来实现所选的滤波器，如图8的扫描图800中所示。在多个离散子带滤波器的情况下，顺序地利用子带滤波器，例如如图9中所示的滤波器图901、903、905的顺序所示。

在步骤409，其可在步骤407期间或之后执行，存在检测模块213确定是否检测到用户热签名；如果检测到用户热签名，过程400流转到步骤411，如果没有检测到用户热签名则流转到步骤413。如上所注释的，如果步骤409与步骤407并行地执行，当检测到用户热签名时可以停止在步骤407期间的子带滤波器的扫描或切换。

在步骤411，如上所注释的，如果在步骤409检测到用户热签名则到达此步骤，存在检测模块213开始基于用户热签名的性质且潜在基于其他设备环境数据，诸如接触、环境噪声、环境光等等所选的任务。例如，如果用户签名大，位于设备之前，且用户接触了设备，则存在检测模块213可以开始虹膜认证过程。作为对比，如果用户签名较小但仍旧检测到接触，则存在检测模块213可以开始手势识别处理。从步骤411开始，存在检测模块213可以行进到步骤415且退出过程400，直到设备再次进入锁定状态。

如果过程400达到步骤413，也就是，如果在步骤411没有检测到用户热签名，存在检测模块213切换模式到搜索静止存在，例如在大致0Hz具有热签名的存在。为了评估静止存在，同时最小化背景热噪声的影响，存在检测模块213在实施例中应用窄低通滤波器。

在步骤417，存在检测模块确定在0Hz搜素中是否检测到静止存在，如果是，过程流转到步骤411，用于符合检测到存在的进一步动作。否则，过程进行到步骤419的终止。

将认识到，已经公开了用于用户存在检测的各种系统和过程。但是，考虑到可以应用本公开的原理的许多可能实施例，应该认识到，这里关于附图描述的实施例意味着只是说明性的而不应该被视为限制权利要求的范围。因此，这里所描述的技术预期可能落入所附权利要求及其等价物的范围内的所有这样的实施例。

Claims (16)

1.一种具有热用户感应的电子设备，所述电子设备包括：

设备外壳；

至少部分在所述设备外壳内的热传感器；以及

设备控制器，被配置为通过在预定频带内搜索至少预定幅度或轮廓的热签名而经由热传感器感应用户存在，其中，在预定频带内搜索包括在所述预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索，以及如果在任何搜索的子带内检测到至少预定幅度或轮廓的热签名则确定用户存在，

其中，所述控制器被进一步配置为通过在对应于多个子带的多个子带滤波器之间切换而在预定频带内搜索，并且

其中，所述多个子带滤波器的宽度和数量是基于整体热信号强度来选择的，其中，子带滤波器宽度随着整体热信号强度的增加而连续或离散增加，而子带滤波器的数量随着整体热信号强度的增加而连续或离散减少。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述预定频带从0.1Hz延伸到6Hz，并且其中，所述设备控制器被进一步配置为确定用户运动速度，基于该用户运动速度，搜索的子带产生出至少预定幅度或轮廓的热签名。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述预定频带进一步包括独立子带，该独立子带包括表示不运动状态的0Hz。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述控制器被进一步配置为通过在所述预定频带的整个频谱上扫描子带频率滤波器来在预定频带内搜索。

5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述控制器被进一步配置为通过在第一频率开始搜索且进行到第二频率来在预定频带内搜索，所述第一频率高于所述第二频率。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述控制器被进一步配置为当检测到用户存在时停止在预定频带内的搜索。

7.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述多个子带滤波器的宽度基于整体热信号强度而变化，其中，更高的整体热信号强度连续或离散地对应于所述多个子带滤波器中每个子带滤波器的更宽的宽度。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述控制器被进一步配置为当整体热信号强度超过预定切换限制时切换到整个预定频带上的单个滤波器。

9.一种在具有热传感器的电子设备内的热用户感应的方法，所述方法包括：

通过在预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索来在预定频带内搜索预定幅度范围或轮廓的热签名；以及

如果在任何搜索的子带内检测到至少预定幅度范围或轮廓的热签名则确定用户存在，

其中，所述子带的宽度和数量是基于整体热信号强度来选择的，使得更高的整体热信号强度与子带的更低数量和每个子带的更宽的宽度相关联。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预定频带从0.1Hz延伸到6Hz，所述方法进一步包括确定用户运动速度，基于该用户运动速度，搜索的子带产生出至少预定幅度范围或轮廓的热签名。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预定频带进一步包括独立子带，该独立子带包括0Hz。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，在预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索包括在对应于多个子带的多个子带滤波器之间切换。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，在预定频带内的多个子带中的每个子带内搜索包括在预定频带的整个频谱上扫描子带窄带通频率滤波器。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括当检测到用户存在时停止在预定频带内的搜索。

15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括当整体热信号强度超过预定切换限制时切换到以整个预定频带上的单个滤波器来搜索。

16.一种从便携电子设备确定用户存在的方法，包括：

通过在一起跨越预定频谱的预定数量的子带中的每个子带内搜索用户热签名来在预定频谱内搜索用户的热签名；以及

当在所有子带被搜索之前检测到用户热签名时停止搜索并指示用户存在，以及当已经搜索了所有子带而没有检测到用户热签名时停止搜索并指示缺少用户存在，

所述方法进一步包括检测整体热信号幅度，并且其中，预定数量的子带的带宽和数量是基于所述整体热信号幅度而以连续或离散的方式选择的。