CN105988108B - 智能监测系统与方法及使用其的摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能监测系统与方法及使用其的摄影装置，此智能监测方法包括：首先确认物体是否存在；在物体存在时，即分析物体的移动现象而产生参考信号；此外，还对物体发出无线信号并接收无线信号经物体反射而传回的反射后无线信号；之后再以参考信号来辅助分析反射后无线信号而取得对应于物体变化的变化侦测信号；最后则在变化侦测信号超出预设标准时发出警讯。本发明通过整合光学摄影技术、影像处理以及无线感测技术，并且以这些技术互相支援，就可以降低硬体设备需求、增加反应速度以及减少误判产生的几率，增加监测的准确度。

Description

智能监测系统与方法及使用其的摄影装置

技术领域

本发明涉及智能监测技术领域，尤其涉及一种智能监测系统与方法及使用其的摄影装置。

背景技术

目前的非接触式雷达感测技术，主要是以连续波的多普勒雷达感测原理为基础，一般分为两种实践方式：连续波多普勒雷达直接转换接收方式以及锁相式自我注入锁定信号感测雷达收发方式。前者采用连续雷达波为侦测波源，将连续波发射往所要量测的物体，因为连续波在物体反射后会形成背散射信号，因此利用物体的位移变化而引起背散射信号的多普勒频率相角调变，再接收由物体反射后所产生的背散射信号；之后，将所接收到的背散射信号注入混波器中予以降频，并通过直接转换接收机(DCR，Direct ConversionReceiver)消除发射时泄漏的连续波以及所接收的背散射信号上的载波，最终得到所要量测的物体的位移变化。后者则采用由注入锁相振荡器所产生的振荡连续波为侦测波源，同样地将振荡连续波发射往所要量测的物体，利用由物体反射回来所产生的背散射信号的多普勒频率相角调变；之后，再将所接收到的背散射信号注入回振荡器中，以注入锁相振荡器的自我注入锁定性质，取得所要量测的物体的位移变化现象。

然而，前述的非接触式雷达感测技术并不利于入射连续波经过物体与整个环境反射后，直接分析转换接收机上同时接收到的信号。通过反射产生的所有背散射信号，在进行信号分析时，这些因为环境所造成的噪声信号，就会形成干扰，进而造成感测的信号不易辨别，因此在使用上仍存在局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供一种智能监测系统、方法及使用其的摄影装置，以增加非接触式雷达感测技术的监测准确性。

本发明的一实施例提供一种智能监测系统，其包括摄影单元、无线信号处理单元以及信号处理单元。其中，摄影单元用于拍摄影像；无线信号处理单元用于向此物体发射无线信号，并接收物体反射无线信号而得的反射后无线信号；信号处理单元电性耦接至摄影单元以及无线信号处理单元而分别取得前述的影像与反射后无线信号。此信号处理单元分析影像所包含的物体的移动现象而产生参考信号，并使用此参考信号以辅助处理反射后无线信号，进而取得相对应的变化侦测信号。

在特定的实施例中，前述的智能监测系统还包括一个驱动单元，此驱动单元电性耦接至信号处理单元，并根据信号处理单元所产生的驱动信号来移动摄影单元和/或无线信号处理单元。

本发明的另一实施例提供一种智能监测方法，此智能监测方法包括以下步骤：确认物体是否存在；当物体存在时，分析物体的移动现象而产生参考信号；对此物体发出无线信号，并接收无线信号经物体反射而传回的反射后无线信号；以参考信号辅助分析反射后无线信号而取得对应于物体变化的变化侦测信号；以及当变化侦测信号超过预设标准时，发出警讯。

在特定的实施例中，前述当物体存在时，分析物体的移动现象而产生参考信号的步骤，包括：根据物体所表现的色调变化，判断物体的内部变化；以所述的内部变化的有无为物体是否存在移动现象的确认原则，以因此确认物体是否存在移动现象；以及根据物体是否存在移动现象而对应产生参考信号。

在特定的实施例中，前述的内部变化为人体内部血液流动的变化，而参考信号则代表参考用心跳频率。

在特定的实施例中，前述的变化侦测信号代表实际心跳频率与实际呼吸频率二者至少其一。

本发明的再一实施例提供一种摄影装置，此摄影装置中包含了前述的智能监测系统。

本发明因采用影像识别、光学感测与无线信号感测相互配合运作，因此可以增加监测的准确度，扩大非接触式雷达感测技术的应用层面。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的智能监测系统的电路方块图。

图2A为根据本发明另一实施例的智能监测系统的电路方块图。

图2B为根据本发明又一实施例的智能监测系统的电路方块图。

图3为根据本发明一实施例的智能监测方法的流程图。

图4为根据本发明一实施例的摄影装置的电路方块图。

附图标记说明：

40：摄影装置

100：信号处理单元

110：摄影单元

130：无线信号处理单元

140：驱动单元

150、160：待测物体

150a、150b、150c、160a、160b、160c：位置

DRV：驱动信号

S300～S314：本发明一实施例的施行步骤

WS：无线信号

WS’、WS”：反射后无线信号

具体实施方式

请参照图1，其为根据本发明一实施例的智能监测系统的电路方块图。在图1所示的实施例中，智能监测系统包括了一个信号处理单元100、一个摄影单元110以及一个无线信号处理单元130。其中，信号处理单元100电性耦接至摄影单元110以及无线信号处理单元130。

如图1所示，摄影单元110用于对周遭环境进行拍摄，以通过拍摄而取得周遭环境的影像。在本实施例中，摄影单元110的拍摄范围可以涵盖至少一个待测物体(此处为两个待测物体150与160)，而拍摄所得的影像则由摄影单元110传送至信号处理单元100。信号处理单元100自摄影单元110接收影像，并分析影像所包含的待测物体的移动现象而产生对应的参考信号。另外需说明的是，摄影单元110的拍摄范围内可以是原本没有任何待测物体存在的，也可以是原本就存在一个以上的待测物体。当拍摄范围内原本没有任何待测物体存在的时候，可以通过摄影单元110持续拍摄影像并进行分析来判断是否有待测物体出现在拍摄范围内；或者也可以利用无线信号处理单元130来判断是否有待测物体出现，并在发现有待测物体出现后，再将摄影单元110对准待测物体以进行后续的影像移动分析。存在于拍摄环境内的待测物体数量并不影响本发明所公开的技术的本质，在此处仅是为了易于说明而以两个待测物体为实施例。

信号处理单元100会因为分析待测物体移动时所采用的不同分析方式而得到不同的参考信号。举例来说，对于一般的环境监测而言，信号处理单元100可以对于待测物体150或160的外在移动进行分析。也就是说，当待测物体150因为移动或变形而使得其左侧边缘由原本的位置150a移动到位置150b或位置150c，则信号处理单元100就可以通过比对前后取得的多个影像而分析得知待测物体150出现移动现象，并因此产生对应的参考信号以代表待测物体150正在产生变化；类似的，当待测物体160因为移动或变形而使得其左侧边缘由原本的位置160a移动到位置160b或位置160c，则信号处理单元100也可以通过比对前后取得的多个影像而分析得知待测物体160出现移动现象，并因此产生对应的参考信号以代表待测物体160正在产生变化。

在另一个例子中，信号处理单元100可以通过色调的变化来判断在待测物体150或160之中是否存在内部变化(或内部移动)。例如，在对于人体健康进行监测的时候，可以利用人体血液中所含有的血红素(hemoglobin)具备吸收绿色光线的特性，让摄影单元110捕捉待测物体150或160表面的红、绿、蓝三原色的亮度变化，并将所得到的影像转化为对应的数据而提供至信号处理单元100，以使信号处理单元100得以因此侦测出待测物体150或160内部血液运行的状况，并可由此粗略分析待测物体150或160的心跳频率(后称参考用心跳频率)。在此实施例中，分析所得的待测物体150的心跳频率或者待测物体160的心跳频率即可做为参考信号的一部分，并可在进行其他分析操作时做为辅助之用。

请再参考图1，无线信号处理单元130用于向待测物体150或160发射一个无线信号WS，并接收由待测物体150或160反射此无线信号而对应得到的反射后无线信号WS’或反射后无线信号WS”。接下来，无线信号处理单元130会将反射后无线信号WS’或反射后无线信号WS”转化为对应的数据，并将这些数据传递至信号处理单元100，并由信号处理单元100对反射后无线信号WS’或WS”所转化成的数据进行信号分析操作，以从中分析出与待测物体150或160变化相对应的变化侦测信号。

在本发明的实施例中，前述信号处理单元100所进行的信号分析操作，会搭配先前所得到的参考信号做为辅助，以使信号分析操作能够更为快速以及准确。

举例来说，可以通过在参考信号中提供待测物体150或160的位置，使信号处理单元100能控制无线信号处理单元130更准确的针对所要监测的物体的位置而进行无线信号WS的发射，排除把其他物体设定为监测目标的可能性。

在另一个对人体状态进行监测的例子中，除了同样可以如上述般排除把其他物体设定为监测目标的可能性之外，还可以将先前得到的参考信号做为初始信号，以使在进行反射后无线信号WS’或WS”所转化的数据的取样分析操作时，能更为快速地以与参考信号交互比对的方式而增加检测的取得速度准确性。

具体来说，原本在将反射后无线信号WS’或反射后无线信号WS”中的载波去除之后，就可以从中得到含有背景噪声、人体生理呼吸与心脏跳动的信号，因此在经由低通滤波的信号处理之后，所得到的相关信息就可以被转化为对应的数据并被传递到信号处理单元100中，以使信号处理单元100可以进行人体生理呼吸与心脏跳动的数字化信号取样处理。这一个数字化信号取样处理的过程需要较为大量的计算与比对。但通过将参考信号中所包含的参考用心跳频率设定为数字化生理呼吸与心脏跳动的信号处理的初始值，可以减少信号处理时间，加快取得更精确的呼吸频率(后称实际呼吸频率)与心跳频率(后称实际心跳频率)的数据。因为这些频率数据都可以是变化侦测信号的内容，可见利用参考信号来辅助信号处理单元100所进行的信号分析操作，的确可以有利于取得最终的变化侦测信号，加快整个智能监测系统的反应速度。

综合上述，由于信号处理单元100通过所拍摄的影像而获取的参考信号仅需要提供可供参考的信息，所以摄影单元110可以选用较为平价的一般设备即可。反过来看，当待测物体150、160离开或者因为某些机件故障而无法对其取得正常的变化侦测信号的时候，也可以回过头来利用摄影单元110来确认现场的状况，避免因误判成各种紧急事件(例如：心跳停止)的误报。

除了上述的硬体设备之外，还可以进一步通过非自动方式旋转摄影单元110或者无线信号处理单元130中的高指向天线，来加大智能监测系统的监测范围或定位其监测方向。请参照图2A，其为根据本发明另一实施例的智能监测系统的电路方块图。在图2A所示的实施例中，信号处理单元100、摄影单元110以及无线信号处理单元130的耦接关系以及运作方式大致上与图1所示的实施例相同。

值得注意的是，在图2A所示的实施例中增加了一个驱动单元140，其电性耦接至信号处理单元100，并根据信号处理单元100所产生的驱动信号DRV来定位摄影单元110，也就是决定如何移动摄影单元110。在第一个可能的例子中，驱动信号DRV可以是人为决定的，也就是说，由监测人员主动控制要如何移动摄影单元110，并在监测人员下达移动指令之后，由信号处理单元100转换为对应的驱动信号DRV，并将驱动信号DRV提供至驱动单元140以自动移动摄影单元110到对应的位置(或方向)。或者，在第二个可能的例子中，摄影单元110是进行周期性的往复运动，因此信号处理单元100会主动的根据设定好的路程来产生对应的驱动信号DRV，并将驱动信号DRV提供至驱动单元140以控制摄影单元110自动移动到对应的位置(或方向)。在第三个可能的例子中，摄影单元110可能被设定在捕捉移动中的物体，所以当信号处理单元100发现有移动的物体时，信号处理单元100就会产生对应的驱动信号DRV至驱动单元140，因此控制摄影单元110自动移动到对应的位置(或方向)。

接下来请参照图2B，其为根据本发明又一实施例的智能监测系统的电路方块图。与图2A相比较，图2B中的驱动单元140是根据信号处理单元100所产生的驱动信号DRV而决定如何移动无线信号处理单元130。同样如上述的三种可能例子，信号处理单元100可以在各种状况下利用驱动信号DRV来控制驱动单元140，以因此将无线信号处理单元130移动到对应的位置(或方向)。

除了上述的例子之外，还可应用分时多工的方式进行多组待测物体的感测。例如，有可能将摄影单元110与无线信号处理单元130安装在同一个载具上，并由驱动单元140借着以固定时间间隔循环移动移动载具方位，进而同时改变摄影单元110与无线信号处理单元130的位置或感测方向，如此则可以不同时间感测不同待测物体的方式，达到感测多组待测物的目的。也有可能同时提供多个摄影单元110，而驱动单元140则根据驱动信号DRV而启动不同的摄影单元110，因此达到等同于移动摄影单元110的效果；或者，也可能同时在单一无线信号处理单元130上提供多组智能高指向天线，而驱动单元140则可以根据驱动信号DRV达到等同于移动无线信号处理单元130的效果。

前述的无线信号WS可以是射频连续信号(Radio Continuous Wave Signal)或射频调变信号(Radio Modulation Signal；FSK,或PM)。

接下来请参照图3，其为根据本发明一实施例的智能监测方法的流程图。在本实施例中，智能监测方法首先确认某一个特定的物体是否存在(步骤S300)。详细地说，可以利用前述的摄影单元110所拍摄的影像来进行分析，或者是利用前述从无线信号处理单元130所得到的反射后无线信号来进行分析，以因此判断是否有待测物体的存在。假若在分析后发现不存在需要被监测的物体，则可以重复进行步骤S300，直到需要被监测的物体出现为止。而若在步骤S300中发现存在需要被监测的物体，则流程进入步骤S302以分析物体的移动现象并产生对应的参考信号。然而，在某些特定实施方式之中，可以在特定物体在监测范围内才开启智能监测的流程，因此实际上对物体是否存在的判断，可以不是一开始就必要的程序。

如前所述，参考信号的内容可以考虑各种环境需求而产生。在一般的监测环境下，可以以被监测物体的外在是否产生位置变化做为标准来执行移动现象存在与否的判断，此时的参考信号可以仅包含被监测的物体的位置和/或物体是否在移动。而在人体监测的特殊情境下，则可以根据物体(此处即为人体脸部表面)所表现的色调变化来先一步判断其内部变化，例如人体内部血液流动的变化，之后再以内部变化的有无做为是否存在移动现象的确认原则，以确认目前监测的对象是否存在移动现象；此时的参考信号除了包含被监测的物体的位置和/或物体是否在移动之外，还可以进一步提供先前所说的参考用心跳频率。

在经过步骤S302产生参考信号之后，流程进入步骤S304以对物体发出无线信号，并接收无线信号经过物体反射而传回的反射后无线信号。接下来在步骤S306中，先前所产生的参考信号在此时被做为辅助来分析所接收的反射后无线信号，并在分析后取得对应于物体变化的变化侦测信号。如前所述，此变化侦测信号可以是物体的精确变化状况，例如实际心跳频率或者实际呼吸频率。再者，参考信号并不仅限于上述辅助分析的功能，也可以被直接用来做为判断物体是否存在的依据。

在取得变化侦测信号之后，在步骤S308中会判断变化侦测信号是否超过先前设定好的预设标准。若在步骤S308中发现变化侦测信号超过先前设定好的预设标准，也就代表在监测中出现了不正常的现象，例如：在本应静止的环境中出现移动物体(预设标准为移动速度为0，结果出现有移动速度高于0的物体)，甚至此移动物体还具备了呼吸或心跳的特征，或者此移动物体的瞬间移动频率超出了静止环境的定义范围(假设预设标准为一分钟震动20次，但某一物体突然一分钟震动超过20次)；或者，本应存在呼吸或心跳特征的人体，突然失去了这些特征，或是相反的超出了正常的呼吸或心跳频率。于是，当在步骤S308中发现变化侦测信号超过先前设定好的预设标准时，除了在步骤S310中显示变化侦测信号的内容之外，还会在步骤S312中发出警讯，并且返回步骤S300以通过影像拍摄或无线信号反射状况做进一步的确认。相对的，假若在步骤S308中发现变化侦测信号并未超过所设定的预设标准，那么就仅需要在步骤S314中显示变化侦测信号的内容即可，接下来的流程将回到步骤S304以进行下一次的侦测。

上述流程是针对同一物体进行感测时的流程。然而，在对每个物体进行一到多次的感测流程之后，可以更换感测的目标再重新进行一到多次的感测流程。所以，如图3所示的流程在经过简单的修改后将可以轮流对不同物体进行循序感测。

此外，前述根据参考信号而调整摄影方位或无线信号天线的波束成型指向技术，也可以被运用在图3所示的流程中。相关的流程增添可以参照先前的系统说明而简单获得，在此不再重复说明。

请参照图4，其为根据本发明一实施例的摄影装置的电路方块图。在本实施例中，摄影装置40包含了如图1所示的信号处理单元100、摄影单元110以及无线信号处理单元130，且这些元件间的连接关系与内部运作方式都和先前所述的实施例相同，在此不多赘述。除此之外，在图2A或图2B所提供的驱动单元140则可以直接控制整个摄影装置40的移动或方位；或者也可以利用前述的方式单独控制摄影单元110或无线信号处理单元130以达到特定的目的。值得一提的是，为了使各种信息能够轻易的被使用者得知，摄影装置40可以具备有定址摄影机(IP Camera)的功能；或者，也可以利用信号处理单元100的介质访问控制(MAC，Media Access Control)以方便使用者进行远端感测结果读取，或因此远端控制驱动信号DRV，决定如何移动摄影装置40的位置或定位摄影装置40的方向。

综上而言，通过整合光学摄影技术、影像处理以及无线感测技术，并且以这些技术互相支援，就可以降低硬体设备需求、增加反应速度以及减少误判产生的几率。

Claims (18)

1.一种智能监测系统，其特征在于，包括：

一摄影单元，用于拍摄一影像；

一无线信号处理单元，用于向一物体发射一无线信号并接收所述物体反射所述无线信号而得的一反射后无线信号；以及

一信号处理单元，电性耦接至所述摄影单元以及所述无线信号处理单元，分别取得与所述影像对应的数据以及与所述反射后无线信号对应的数据，所述信号处理单元分析与所述影像对应的数据所包含的所述物体的移动现象而产生一参考信号，并使用所述参考信号以辅助处理与所述反射后无线信号对应的数据而取得相对应的一变化侦测信号。

2.如权利要求1所述的智能监测系统，其特征在于，还包括：

一驱动单元，电性耦接至所述信号处理单元，并根据所述信号处理单元所产生的一驱动信号来定位所述摄影单元。

3.如权利要求1所述的智能监测系统，其特征在于，还包括：

一驱动单元，电性耦接至所述信号处理单元，并根据所述信号处理单元所产生的一驱动信号来定位所述无线信号处理单元。

4.如权利要求1所述的智能监测系统，其特征在于，所述参考信号代表所述物体所在的位置。

5.如权利要求1所述的智能监测系统，其特征在于，所述参考信号代表参考用心跳频率。

6.如权利要求5所述的智能监测系统，其特征在于，所述变化侦测信号代表实际心跳频率与实际呼吸频率二者至少其一。

7.如权利要求1所述的智能监测系统，其特征在于，所述无线信号为射频连续信号或射频调变信号。

8.一种智能监测方法，其特征在于，包括：

当一影像所包含的一物体存在时，分析所述物体的移动现象而产生一参考信号；

对所述物体发出一无线信号，并接收所述无线信号经所述物体反射而传回的一反射后无线信号；

以所述参考信号辅助分析所述反射后无线信号而取得对应于所述物体的变化的一变化侦测信号；以及

当所述变化侦测信号符合一预设标准时，发出警讯。

9.如权利要求8所述的智能监测方法，其特征在于，当所述物体存在时，分析所述物体的移动现象而产生所述参考信号，包括：

根据所述物体所表现的色调变化，判断所述物体的一内部变化；

以所述内部变化的有无为所述物体是否存在移动现象的确认原则，确认所述物体是否存在移动现象；以及

根据所述物体是否存在移动现象而对应产生所述参考信号。

10.如权利要求9所述的智能监测方法，其特征在于，所述内部变化为人体内部血液流动的变化，而所述参考信号则代表参考用心跳频率。

11.如权利要求9所述的智能监测方法，其特征在于，所述变化侦测信号代表实际心跳频率与实际呼吸频率二者至少其一。

12.如权利要求8所述的智能监测方法，其特征在于，当所述物体存在时，分析所述物体的移动现象而产生所述参考信号，包括：

根据所述物体的位置变化，确认所述物体是否存在移动现象；以及

根据所述物体是否存在移动现象而对应产生所述参考信号。

13.如权利要求12所述的智能监测方法，其特征在于，所述参考信号代表所述物体所在的位置。

14.如权利要求12所述的智能监测方法，其特征在于，所述变化侦测信号代表实际心跳频率与实际呼吸频率二者至少其一。

15.如权利要求8所述的智能监测方法，其特征在于，还包括：

确认所述物体是否存在。

16.一种摄影装置，其特征在于，包括：

一摄影单元，用于拍摄一影像；

一无线信号处理单元，用于向一物体发射一无线信号并接收所述物体反射所述无线信号而得的一反射后无线信号；以及

一信号处理单元，电性耦接至所述摄影单元以及所述无线信号处理单元而分别取得与所述影像对应的数据以及与所述反射后无线信号对应的数据，所述信号处理单元分析与所述影像对应的数据所包含的所述物体的移动现象而产生一参考信号，并使用所述参考信号以辅助处理与所述反射后无线信号对应的数据而取得相对应的一变化侦测信号。

17.如权利要求16所述的摄影装置，其特征在于，还包括：

一驱动单元，电性耦接至所述信号处理单元，并根据所述信号处理单元所产生的一驱动信号来定位所述摄影单元、所述无线信号处理单元或所述摄影装置。

18.如权利要求16所述的摄影装置，其特征在于，所述摄影装置为定址摄影机。