CN112346055B - 基于毫米波雷达的跌倒检测方法、装置及毫米波雷达设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及毫米波雷达检测技术领域,具体公开了一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法,其中,包括:获取目标人员的毫米波反射信号;对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。本发明还公开了一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置及毫米波雷达设备。本发明提供的基于毫米波雷达的跌倒检测方法无需将检测设备放在目标人员身上,从而可以提高了使用人员的舒适性;另外,采用毫米波技术,可以有效防止使用人员的隐私泄露,且环境适应性强。

Description

基于毫米波雷达的跌倒检测方法、装置及毫米波雷达设备
技术领域
本发明涉及毫米波雷达检测技术领域,尤其涉及一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法、一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置及包括该基于毫米波雷达的跌倒检测装置的毫米波雷达设备。
背景技术
随着经济的发展,人们的生活水平在不断的提高,人们对居家安全越来越重视,尤其是老人的居家安全。人员跌倒检测技术也得到了越来越多的应用,目前的跌倒检测技术主要以加速度传感器和图像识别技术为主。
加速度传感器通过几个轴向的加速度来检测位移信息,来确定人的姿态,进而判断人员是否跌倒,但此类设备必须配搭到身上,只适用于个人,不能应用在公共空间,并且佩戴身上,也不舒适。
图像识别技术通过视频处理的方式来判断人员的姿态,此种方法可以不佩戴在身上,但涉及到个人隐私问题,并且受环境影响较大,比如在光线暗的地方,或者由于雾气、粉尘等导致可见度差的环境下,此种设备性能将受到影响甚至会失效。
发明内容
本发明提供了一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法、一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置及包括该基于毫米波雷达的跌倒检测装置的毫米波雷达设备,解决相关技术中存在的跌倒检测设备不舒适或容易泄露隐私等问题。
作为本发明的第一个方面,提供一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法,其中,包括:
获取目标人员的毫米波反射信号;
对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。
进一步地,所述根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置,包括:
对所述目标人员的点云信息进行目标聚类,以将被同一个目标反射的点云信息等效为一个目标点;
对所述目标点的运动轨迹进行跟踪,并以毫米波雷达设备为坐标原点建立空间坐标系;
确定所述空间坐标系中的每个目标点的空间位置。
进一步地,所述根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
跟踪每个目标点的运动轨迹,并确定每个目标点的空间位置;
根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态。
进一步地,所述根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
将每个目标点分解为空间坐标;
判断空间坐标的每个坐标轴上的数值变化率;
根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态。
进一步地,所述根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态,包括:
当X轴、Y轴和Z轴的数值均不变时,判定目标人员的姿态为静止状态;
当Z轴的数值不变,X轴和Y轴的坐标点的变化均跟随目标人员的运动方向不同而不同,判定目标人员的姿态为行走状态;
当Z轴的数值的绝对值变大,X轴和Y轴的数值保持不变,判定目标人员的姿态为蹲下或者坐下;
当Z轴的数值的绝对值变大,且变化率增大,X轴和Y轴的数值以及变化率均增大,判定目标人员的姿态为跌倒状态。
作为本发明的另一个方面,提供一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置,其中,包括:
获取模块,用于获取目标人员的毫米波反射信号;
处理模块,用于对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
确定模块,用于根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
判断模块,用于根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
报警模块,用于当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。
作为本发明的另一个方面,提供一种毫米雷达波设备,其中,包括:毫米波雷达发射装置、毫米波雷达接收装置和前文所述的基于毫米波雷达的跌倒检测装置,所述毫米波雷达发射装置和所述毫米波雷达接收装置均与所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置通信连接;
所述毫米波雷达发射装置用于向目标人员发射毫米波;
所述毫米波雷达接收装置用于接收目标人员反射的毫米波反射信号;
所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置用于对所述目标人员的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的多个目标点的空间位置,并根据目标点的空间位置判断目标人员的姿态。
进一步地,所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置包括数字信号处理器。
本发明提供的基于毫米波雷达的跌倒检测方法,通过向目标人员发射毫米波,并对目标人员反射的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息,然后对点云信息建立空间坐标系,最终根据目标人员上的目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态。这种基于毫米波雷达的跌倒检测方法无需将检测设备放在目标人员身上,从而可以提高了使用人员的舒适性;另外,采用毫米波技术,可以有效防止使用人员的隐私泄露,且环境适应性强。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的基于毫米波雷达的跌倒检测方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包括,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法,图1是根据本发明实施例提供的基于毫米波雷达的跌倒检测方法的流程图,如图1所示,包括:
S110、获取目标人员的毫米波反射信号;
S120、对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
S130、根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
S140、根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
S150、当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。
本发明实施例提供的基于毫米波雷达的跌倒检测方法,通过向目标人员发射毫米波,并对目标人员反射的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息,然后对点云信息建立空间坐标系,最终根据目标人员上的目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态。这种基于毫米波雷达的跌倒检测方法无需将检测设备放在目标人员身上,从而可以提高了使用人员的舒适性;另外,采用毫米波技术,可以有效防止使用人员的隐私泄露,且环境适应性强。
具体地,所述根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置,包括:
对所述目标人员的点云信息进行目标聚类,以将被同一个目标反射的点云信息等效为一个目标点;
对所述目标点的运动轨迹进行跟踪,并以毫米波雷达设备为坐标原点建立空间坐标系;
确定所述空间坐标系中的每个目标点的空间位置。
进一步具体地,所述根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
跟踪每个目标点的运动轨迹,并确定每个目标点的空间位置;
根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态。
可以理解的是,毫米波雷达输出检测目标的点云信息,对点云信息进行目标聚类。计算出哪些点信息为同一个目标反射回来的,通过聚类算法将这些点云信息等效为一个点。对该点的运动轨迹进行跟踪。以雷达为坐标原点,建立空间坐标系,确定每一个点的空间位置,根据每个坐标轴向的运动状态来判断当前的人员的姿态。
具体地,所述根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
将每个目标点分解为空间坐标;
判断空间坐标的每个坐标轴上的数值变化率;
根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态。
进一步具体地,所述根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态,包括:
当X轴、Y轴和Z轴的数值均不变时,判定目标人员的姿态为静止状态;
当Z轴的数值不变,X轴和Y轴的坐标点的变化均跟随目标人员的运动方向不同而不同,判定目标人员的姿态为行走状态;
当Z轴的数值的绝对值变大,X轴和Y轴的数值保持不变,判定目标人员的姿态为蹲下或者坐下;
当Z轴的数值的绝对值变大,且变化率增大,X轴和Y轴的数值以及变化率均增大,判定目标人员的姿态为跌倒状态。
毫米波雷达存储所追踪的目标轨迹点,每个点的信息包含目标的径向距离、径向速度及角度,以雷达为坐标圆心,可将每个点分解为空间坐标(X,Y,Z),其中z轴为雷达指向并垂直地面的方向,X轴和Y轴分别垂直于Z轴,并两两垂直。
当被检测人员静止时,X、Y、Z轴的坐标基本保持不变。
当被检测人员在室内行走时,Z轴的距离基本保持不变,X轴和Y轴的坐标点变化根据被检测人员的运动方向不同而产生不同的变化。
当被检测人员蹲下或者坐下时,Z轴的数据绝对值变大,X轴和Y轴的数值基本保持不变。
当被检测人员跌倒时,Z轴数值的绝对值变大,并且变化率也增大,X轴和Y轴的数值及变化率也变大。
通过判断三个方向上的距离及距离的变化率确定人员的姿态。
表1被检测人员姿态与坐标轴数值及变化率对照表
X轴 Y轴 Z轴
静止 基本无变化 基本无变化 基本无变化
行走 变化 变化 基本无变化
蹲下或者坐下 基本无变化 基本无变化 变化
跌倒 变化 变化 变化
应当理解的是,可以使用三个轴向的距离及距离的变化率来判断每个轴向上是否有变化。
在实际的测试中,根据不同的姿态,分别测量出X轴,Y轴及Z轴的距离及距离的变化率,并将该参数写入到雷达中,作为判断人员姿态的参数。
当判定目标人员发生跌倒时,可以发出报警信号,以便于及时对跌倒人员进行救助。
作为本发明的另一实施例,提供一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置,其中,包括:
获取模块,用于获取目标人员的毫米波反射信号;
处理模块,用于对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
确定模块,用于根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
判断模块,用于根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
报警模块,用于当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。
本发明实施例提供的基于毫米波雷达的跌倒检测装置,通过向目标人员发射毫米波,并对目标人员反射的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息,然后对点云信息建立空间坐标系,最终根据目标人员上的目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态。这种基于毫米波雷达的跌倒检测装置无需将检测设备放在目标人员身上,从而可以提高了使用人员的舒适性;另外,采用毫米波技术,可以有效防止使用人员的隐私泄露,且环境适应性强。
作为本发明的另一实施例,提供一种毫米雷达波设备,其中,包括:毫米波雷达发射装置、毫米波雷达接收装置和前文所述的基于毫米波雷达的跌倒检测装置,所述毫米波雷达发射装置和所述毫米波雷达接收装置均与所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置通信连接;
所述毫米波雷达发射装置用于向目标人员发射毫米波;
所述毫米波雷达接收装置用于接收目标人员反射的毫米波反射信号;
所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置用于对所述目标人员的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的多个目标点的空间位置,并根据目标点的空间位置判断目标人员的姿态。
本发明实施例提供的毫米雷达波设备,采用了前文的基于毫米波雷达的跌倒检测装置,通过向目标人员发射毫米波,并对目标人员反射的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息,然后对点云信息建立空间坐标系,最终根据目标人员上的目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态。这种毫米雷达波设备无需放在目标人员身上,从而可以提高了使用人员的舒适性;另外,采用毫米波技术,可以有效防止使用人员的隐私泄露,且环境适应性强。
在一些实施方式中,所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置包括数字信号处理器。
为了方便使用,可以将毫米波雷达设备安装在室内的天花板上,或墙壁上,等,通常毫米波雷达的检测距离为10米左右,因此可以根据室内的面积设置一个或多个毫米波雷达设备。
另外,毫米波雷达设备中的毫米波雷达发射装置和毫米波雷达接收装置通常为射频前端实现,具体可以采用型号为AWR1243、TEF810X的射频芯片实现。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于毫米波雷达的跌倒检测方法,其特征在于,包括:
获取目标人员的毫米波反射信号;
对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号;
所述根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
跟踪每个目标点的运动轨迹,并确定每个目标点的空间位置;
根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态;
所述根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
将每个目标点分解为空间坐标;
判断空间坐标的每个坐标轴上的数值变化率;
根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态;
所述根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态,包括:
当X轴、Y轴和Z轴的数值均不变时,判定目标人员的姿态为静止状态;
当Z轴的数值不变,X轴和Y轴的坐标点的变化均跟随目标人员的运动方向不同而不同,判定目标人员的姿态为行走状态;
当Z轴的数值的绝对值变大,X轴和Y轴的数值保持不变,判定目标人员的姿态为蹲下或者坐下;
当Z轴的数值的绝对值变大,且变化率增大,X轴和Y轴的数值以及变化率均增大,判定目标人员的姿态为跌倒状态。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的跌倒检测方法,其特征在于,所述根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置,包括:
对所述目标人员的点云信息进行目标聚类,以将被同一个目标反射的点云信息等效为一个目标点;
对所述目标点的运动轨迹进行跟踪,并以毫米波雷达设备为坐标原点建立空间坐标系;
确定所述空间坐标系中的每个目标点的空间位置。
3.一种基于毫米波雷达的跌倒检测装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取目标人员的毫米波反射信号;
处理模块,用于对所述毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的点云信息;
确定模块,用于根据所述目标人员的点云信息建立空间坐标系,并确定每一个目标点的空间位置;
判断模块,用于根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态;
所述根据每个目标点的空间位置的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
跟踪每个目标点的运动轨迹,并确定每个目标点的空间位置;
根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态;
所述根据每个目标点的坐标轴向的运动状态判断目标人员的姿态,包括:
将每个目标点分解为空间坐标;
判断空间坐标的每个坐标轴上的数值变化率;
根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态;
所述根据每个坐标轴上的数值及变化率判断目标人员的姿态,包括:
当X轴、Y轴和Z轴的数值均不变时,判定目标人员的姿态为静止状态;
当Z轴的数值不变,X轴和Y轴的坐标点的变化均跟随目标人员的运动方向不同而不同,判定目标人员的姿态为行走状态;
当Z轴的数值的绝对值变大,X轴和Y轴的数值保持不变,判定目标人员的姿态为蹲下或者坐下;
当Z轴的数值的绝对值变大,且变化率增大,X轴和Y轴的数值以及变化率均增大,判定目标人员的姿态为跌倒状态;
报警模块,用于当判断目标人员出现跌倒状态时,发出报警信号。
4.一种毫米雷达波设备,其特征在于,包括:毫米波雷达发射装置、毫米波雷达接收装置和权利要求3所述的基于毫米波雷达的跌倒检测装置,所述毫米波雷达发射装置和所述毫米波雷达接收装置均与所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置通信连接;
所述毫米波雷达发射装置用于向目标人员发射毫米波;
所述毫米波雷达接收装置用于接收目标人员反射的毫米波反射信号;
所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置用于对所述目标人员的毫米波反射信号进行处理,得到目标人员的多个目标点的空间位置,并根据目标点的空间位置判断目标人员的姿态。
5.根据权利要求4所述的毫米雷达波设备,其特征在于,所述基于毫米波雷达的跌倒检测装置包括数字信号处理器。
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