CN110687513B - 人体目标检测方法、装置及存储介质 - Google Patents

人体目标检测方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及人机交互人体目标检测技术领域，公开了一种人体目标检测方法、装置及存储介质，该方法包括：步骤S10、将收集到的检测环境的雷达回波信号进行初步处理，以得到环境信号；步骤S20、将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；步骤S30、对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果。此外，还提供了人体目标检测装置及存储介质。通过本发明提供的技术方案，解决传统人体目标检测中存在的多径信号及动态杂波影响较大的问题，提升了人体目标检测准确率和检测性能。

Description

人体目标检测方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及人机交互人体目标检测技术领域，尤其涉及一种人体目标检测方法、装置及存储介质。
背景技术
人体目标检测一直是智能城市，智能家居，智能建筑的基础问题。
例如，在人员安全监测方面，人员目标的检测就显得尤为重要；在人员跌倒检测应用中，需要首先对发生异常的目标进行定位，这也需要目标检测；在人体体征检测应用中，需要对被监测目标进行定位，并以此为依据来进行信号的进一步分析。除此之外，还有许多基于雷达的应用都需要进行对被测目标的检测定位。
用于对人体目标进行检测的传感器有许多，例如：光学摄像头，热力传感器，超声波传感器，WIFI设备，不同体制的雷达系统等。然而，光学摄像头获取的信息好坏极度依赖环境的照明，这会降低基于该传感器的检测算法的鲁棒性。除此之外，基于光学摄像头的方法还涉及与个人隐私相关的问题；利用WIFI信号方法的缺点在于，其只能根据信号功率来进行人数的检测，并不能反映人体目标的物理信息；基于热力传感器的方法对检测环境的温度较为敏感；基于超声波雷达的方法需要足够多的超声波传感器，而且回波信号存在严重的距离衰减和角度衰减，同时，由于环境杂波干扰较大，对采集到的回波信号的处理任务重、效率低，并且准确率受到影响。当存在多径信号以及动态杂波时，对目标检测影响更大，无法有效实现人体目标检测，且检测性能较低。
因此，需要考虑如何克服传统雷达人体目标检测中存在的多径信号及动态杂波的影响，解决人体目标检测准确率低的问题，以及检测性能低的缺点。
发明内容
本发明主要目的是提供一种人体目标检测方法、装置及存储介质，旨在解决传统人体目标检测中存在的多径信号及动态杂波影响较大的问题，提升人体目标检测准确率和检测性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种人体目标检测方法，该方法包括：
步骤S10：将收集到的检测环境的雷达回波信号进行初步处理，以得到环境信号；
步骤S20：将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
步骤S30：对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果。
进一步地，所述步骤S10包括：
步骤S110：收集雷达在预设时间内检测到的环境回波信号；其中，所述环境回波信号是连续的雷达帧信号；
步骤S120：将所述环境回波信号进行初步处理，以得到环境信号；其中，所述环境信号为原始雷达帧信号进行距离单元合并之后的信号。
进一步地，所述步骤S20包括：
步骤S210：对所述环境信号的每一个距离单元进行求幅度取对数运算，将每一个距离单元值的分布转化为类高斯的情况，得到幅度分布的距离单元回波信号；
步骤S220：对所述幅度分布的距离单元回波信号进行慢时间维上的指数加权迭代运算，以得到环境信号幅度分布。
进一步地，所述步骤S30包括：
步骤S310：将收到的含有检测目标的雷达回波信号进行杂波抑制，得到杂波抑制后的距离单元回波信号；
步骤S320：对所述杂波抑制后的距离单元回波信号进行距离单元合并，得到合并后的距离单元信号；
步骤S330：将所述合并后的距离单元信号采用对数高斯分布，以得到检测目标信号幅度分布；
步骤S340：对含有检测目标的原始信号进行距离单元合并后求模取对数运算，并得到待处理信号，根据所述环境信号幅度分布进行环境异常值运算，并找出差异较大的距离单元位置；
步骤S350：根据正常人体物理尺度信息对差异较大的距离单元位置做聚心处理，以得到经过聚心处理的位置；
步骤S360：将得到的所述经过聚心处理的位置和所述合并后的距离单元信号送进设计好的恒虚警检测器中进行目标恒虚警检测，只对不为零的位置进行所述目标恒虚警检测，以得到输出位置；
步骤S370：对所述输出位置进行慢时间维上的积累操作，得到时间上连续的输出位置值；通过所述时间上连续的输出位置值，完成人体目标检测。
为实现上述目的，本发明还提供了一种人体目标检测装置，所述人体目标检测装置包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的人体目标检测程序，所述人体目标检测程序被所述处理器执行时实现上述人体目标检测方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有人体目标检测程序，所述人体目标检测程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述人体目标检测方法的步骤。
本发明提供的人体目标检测方法、装置及存储介质，通过环境信号的收集预处理，得到环境信号幅度分布结果，并对检测到的雷达回波信号，通过基于空时级联的三步检测运算，得到人体目标检测结果。解决传统人体目标检测中存在的多径信号及动态杂波影响较大的问题，以及人体目标检测准确率低和检测性能低的问题，检测目标准确率提高，且提高了检测性能。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的人体目标检测方法的流程示意图；
图2为图1中的步骤S10的流程示意图；
图3为图1中的步骤S20的流程示意图；
图4为图1中的步骤S30的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的信号幅度分布图；
图6为本发明一实施例提供的三人随机走动的检测结果图；
图7为本发明一实施例提供的人体目标检测装置的内部结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的人体目标检测程序的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明一实施例提供的人体目标检测方法流程示意图，该方法包括：
步骤S10：将收集到的检测环境的雷达回波信号进行初步处理，以得到环境信号；
步骤S20：将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
步骤S30：对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果。
在一实施例中，使用超宽带UWB(Ultra Wide Band，UWB)雷达收集检测环境的雷达回波信号，具体请参阅图2，所述步骤S10包括：
步骤S110：收集雷达在预设时间内检测到的环境回波信号；其中，所述环境回波信号是连续的雷达帧信号；在一实施例中，所述预设时间不小于十分钟；具体地，在实际应用中，收集一个小时的雷达回波信号。
步骤S120：将所述环境回波信号进行初步处理，以得到环境信号；其中，所述环境信号为原始雷达帧信号进行距离单元合并之后的信号。
在实际应用中，对每一帧雷达帧信号进行初步处理后得到每一个距离单元回波信号幅度对数的均值和标准差μlog,k[n],σlog,k[n]，其中，k表示慢时间帧序列，n表示原始距离单元合并后的距离单元索引。
请参阅图3，为图1中所述步骤S20的流程示意图，所述步骤S20具体包括：
步骤S210：对所述环境信号的每一个距离单元进行求幅度取对数运算，将每一个距离单元值的分布转化为类高斯的情况，得到幅度分布的距离单元回波信号。
步骤S220：对所述幅度分布的距离单元回波信号进行慢时间维上的指数加权迭代运算，以得到环境信号幅度分布。
请参阅图4，为图1中所述步骤S30流程示意图，所述步骤S30具体包括：
步骤S310：将收到的含有检测目标的雷达回波信号进行杂波抑制，得到杂波抑制后的距离单元回波信号；其中，将杂波抑制后的距离单元回波信号记为yk[m]，其中，m表示原始距离单元的索引，k表示慢时间帧序列。
由于人员所处的环境多种多样，每个距离单元都会检测到许多不是人体目标的静态杂波或者微动杂波。我们利用现有的杂波抑制方法，如线性相位FIR滤波、自适应平均杂波减除等对原始信号进行杂波抑制。
步骤S320：对所述杂波抑制后的距离单元回波信号进行距离单元合并，得到合并后的距离单元信号；其中，将合并后的距离单元信号记为yinte,k[n]，其中，n表示原始距离单元合并后的距离单元索引。
步骤S330：将所述合并后的距离单元信号采用对数高斯分布，以得到检测目标信号幅度分布。
将所述合并后的距离单元信号采用对数高斯分布，以得到杂波抑制后含有检测目标的幅度分布，得到此近似分布可以较好地支撑之后的对数恒虚警检测器。如图5所示，为本发明一实施例提供的信号幅度分布图，图中信号幅度分布呈波形，在中间幅度范围索引400-450时达到峰值，可以近似得出杂波抑制后含有检测目标的幅度分布。
步骤S340：对含有检测目标的原始信号进行距离单元合并后求模取对数运算，并得到待处理信号，根据所述环境信号幅度分布进行环境异常值运算，并找出差异较大的距离单元位置，记为Rk[n]，其中，k表示慢时间帧序列，n表示原始距离单元合并后的距离单元索引。
步骤S350：根据正常人体物理尺度信息对差异较大的距离单元位置做聚心处理，以得到经过聚心处理的位置；其中，将经过聚心处理的位置记为Rp,k[n]，其中p表示peak，是指局部峰值，k表示慢时间帧序列，n表示原始距离单元合并后的距离单元索引。
步骤S360：将得到的所述经过聚心处理的位置和所述合并后的距离单元信号送进设计好的恒虚警检测器中进行目标恒虚警检测，其中，只对Rp,k[n]不为零的位置进行所述恒虚警检测，以得到的输出位置，将所述输出位置记为posk[n]。
步骤S370：对所述输出位置进行慢时间维上的积累操作，得到时间上连续的输出位置值；通过所述时间上连续的输出位置值，完成人体目标检测。根据人体目标检测中人体目标的连续性，多径的相对连续性，以及动态杂波的间断性，能够得到连续的位置值，这样可以去除大部分的动态杂波造成的虚警以及少数不太连贯的多径信号。
本发明提供的一实施例中实验对象为两男一女，三个人在所指定的范围内随机走动。测量范围为0.4～6米，雷达探测的水平面角为负60度到正60度。检测结果如图6所示，在0-1000帧范围内可以看到，静止目标和运动目标都可以较好地被检测到；较远的目标以及低速的目标都可以较好的检测到；当两目标距离较近时，该检测方法的检测性能会有所下降。
此外，本发明还提供一种人体目标检测装置。
请参阅图7，是本发明实施例提供了一种人体目标检测装置的内部结构示意图，所述人体目标检测装置至少包括存储器11、处理器12、通信总线13，以及网络接口14。
其中，存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器11在一些实施例中可以是人体目标检测装置的内部存储单元，例如该人体目标检测装置的硬盘。存储器11在另一些实施例中也可以是人体目标检测装置的外部存储设备，例如人体目标检测装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器11还可以既包括人体目标检测装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器11不仅可以用于存储安装于人体目标检测装置的应用软件及各类数据，例如人体目标检测程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器12在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器11中存储的程序代码或处理数据，例如执行人体目标检测程序等。
通信总线13用于实现这些组件之间的连接通信。
网络接口14可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)，通常用于在该人体目标检测装置与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该人体目标检测装置还可以包括用户接口，用户接口可以包括显示器(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在人体目标检测装置中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
图7仅示出了具有组件11-14以及人体目标检测程序的人体目标检测装置，本领域技术人员可以理解的是，图7示出的结构并不构成对人体目标检测装置的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
在图7所示的人体目标检测装置实施例中，存储器11中存储有人体目标检测程序；处理器12执行存储器11中存储的人体目标检测程序时实现如下步骤：
步骤S10：收集检测环境的雷达回波，以得到环境信号；
步骤S20：将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
步骤S30：对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果。
参照图8所示，为本发明人体目标检测装置一实施例中的人体目标检测程序的程序模块示意图，该实施例中，人体目标检测程序可以被分割为收集模块10、预处理模块20和运算模块30，示例性地：
收集模块10，用于收集检测环境的雷达回波，以得到环境信号；
预处理模块20，用于将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
运算模块30，用于对检测目标信号与环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果；
上述收集模块10、预处理模块20和运算模块30等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同，在此不再赘述。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有人体目标检测程序，所述人体目标检测程序可被一个或多个处理器执行，以实现如下操作：
步骤S10：收集检测环境的雷达回波，以得到环境信号；
步骤S20：将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
步骤S30：对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果。
本发明的存储介质具体实施方式与上述人体目标检测方法和装置各实施例基本相同，在此不作累述。
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是无人机、手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种人体目标检测方法，其特征在于，所述人体目标检测方法包括：
步骤S10：将收集到的检测环境的雷达回波信号进行初步处理，以得到环境信号；
步骤S20：将所述环境信号进行预处理，以得到环境信号幅度分布结果；
步骤S30：对检测目标信号与所述环境信号幅度分布结果进行检测运算，得到人体目标检测结果；
所述步骤S30包括：
步骤S310：将收到的含有检测目标的雷达回波信号进行杂波抑制，得到杂波抑制后的距离单元回波信号；
步骤S320：对所述杂波抑制后的距离单元回波信号进行距离单元合并，得到合并后的距离单元信号；
步骤S330：将所述合并后的距离单元信号采用对数高斯分布，以得到检测目标信号幅度分布；
步骤S340：根据所述环境信号幅度分布进行环境异常值运算，并找出差异较大的距离单元位置；
步骤S350：根据正常人体物理尺度信息对差异较大的距离单元位置做聚心处理，以得到经过聚心处理的位置；
步骤S360：将得到的所述经过聚心处理的位置和所述合并后的距离单元信号送进设计好的恒虚警检测器中进行目标恒虚警检测，只对不为零的位置进行所述目标恒虚警检测，以得到输出位置；
步骤S370：对所述输出位置进行慢时间维上的积累操作，得到时间上连续的输出位置值；通过所述时间上连续的输出位置值，完成人体目标检测。
2.根据权利要求1所述的人体目标检测方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
步骤S110：收集雷达在预设时间内检测到的环境回波信号；其中，所述环境回波信号是连续的雷达帧信号；
步骤S120：将所述环境回波信号进行初步处理，以得到环境信号；其中，所述环境信号为原始雷达帧信号进行距离单元合并之后的信号。
3.根据权利要求1所述的人体目标检测方法，其特征在于，所述步骤S20包括：
步骤S210：对所述环境信号的每一个距离单元进行求幅度取对数运算，将每一个距离单元值的分布转化为类高斯的情况，得到幅度分布的距离单元回波信号；
步骤S220：对所述幅度分布的距离单元回波信号进行慢时间维上的指数加权迭代运算，以得到环境信号幅度分布。
4.一种人体目标检测装置，其特征在于，所述人体目标检测装置包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的人体目标检测程序，所述人体目标检测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的人体目标检测方法的步骤。
5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有人体目标检测程序，所述人体目标检测程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求 1至3中任一项所述的人体目标检测方法的步骤。
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