CN113740848B - 一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,包括云台底座,云台底座的下端安装有保护罩,保护罩内安装有电路板和双轴运动机构;所述双轴运动机构的下端安装有摄像头;所述电路板上安装有探测雷达、图像采集卡模块、通讯模块和电源模块,通讯模块连接摄像头和双轴运动机构;所述通讯模块通过无线信号连接控制主机。本发明设计合理,采用雷达和摄像头的双重探测,利用设备自身的程序,采用在满足隐私保护的前提下,实现全方位人员跟踪式精准跌倒报警功能。

Description

一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置
技术领域
本发明涉及智能防护设备领域,具体而言,涉及一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置。
背景技术
随着社会老龄化的加剧,目前独居老人越来越多,对老人安全的看护问题引起各界人士的广泛关注,其中老人跌倒问题最为重视,世界卫生组织指出,跌倒已经成为意外和非故意性伤害中致死率第二大的因素。
目前现存方案主要为基于图像视频的跌倒检测方案,具体为家装一台摄像头,通过前端摄像头采集图像,将采集到的图像通过4G网络发送给后台服务器,服务器完成对图像的处理,并反馈处理结果。该类解决方案存在隐私泄露,光照条件要求高,视野盲区等缺点。
此外,基于雷达的跌倒检测方案多数采用侧装方案,且没有涉及到人员计数功能,除了存在视野盲区的缺陷外,当感受野内人员大于一人时,此时的跌倒报警属于误报,增加了人员消警的工作量。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点,提供了一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,解决了上述技术存在的缺陷。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:包括云台底座,云台底座的下端安装有保护罩,保护罩内安装有双轴运动机构;所述双轴运动机构的下端安装有电路板,电路板上安装有探测雷达、图像采集卡模块、通讯模块和电源模块,通讯模块连接双轴运动机构;所述通讯模块通过无线信号连接控制主机。
优化的方案,所述控制主机采用的是服务器。
优化的方案,所述双轴运动机构包括安装在保护罩内云台底座下端面的第一驱动装置,第一驱动装置传动连接有第一驱动转轴;所述第一驱动转轴的下端固定连接有第一连接架;所述第一连接架的下端安装有第二驱动装置,第二驱动装置传动连接有第二驱动转轴;所述第二驱动转轴的下端固定连接有第二连接架;所述第二连接架的端部安装电路板。
优化的方案,所述第一驱动装置和第二驱动装置采用的都是微型旋转电机;第一驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-360°;第二驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-90°。
优化的方案,所述第一连接架和第二连接架采用的是不锈钢板,不锈钢板的外表面有绝缘涂料层。
优化的方案,所述第二连接架的端部设置有安装板,电路板安装在安装板上。
由于采用了上述技术,与现有技术相比较,本发明的有益效果是:
本发明设计合理,采用雷达探测,利用设备自身的程序,采用在满足隐私保护的前提下,实现全方位人员跟踪式精准跌倒报警功能。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图;
图2为图1中双轴运动机构的结构示意图;
图3为本发明实施例中的追踪式跌倒检测算法整体流程图。
具体实施方式
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实施例,而不是全部的实施例。
实施例
如图1-2所示,一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,包括云台底座1,云台底座1的下端安装有保护罩2,保护罩2内安装有双轴运动机构,双轴运动机构的下端安装有电路板。
所述电路板上安装有探测雷达7、图像采集卡模块、通讯模块和电源模块,通讯模块连接双轴运动机构。所述通讯模块通过无线信号连接控制主机,通常采用的是4G信号。探测雷达采用的是毫米波雷达。所述控制主机采用的是服务器。
所述双轴运动机构包括安装在保护罩内云台底座下端面的第一驱动装置,第一驱动装置传动连接有第一驱动转轴6。所述第一驱动转轴6的下端固定连接有第一连接架5。所述第一连接架5的下端安装有第二驱动装置,第二驱动装置传动连接有第二驱动转轴3。所述第二驱动转轴3的下端固定连接有第二连接架4;所述第二连接架的端部安装电路板。
所述第一驱动装置和第二驱动装置采用的都是微型旋转电机;第一驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-360°;第二驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-90°。所述第一连接架和第二连接架采用的是不锈钢板,不锈钢板的外表面有绝缘涂料层。所述第二连接架的端部设置有安装板,电路板安装在安装板上。
本实施例还详细说明了上述设备的具体工作流程。
如图3所示,本实施例具体步骤如下:
S1、在室内顶部中心安装检测装置,检测装置紧贴屋顶,垂直90°向下安装。其中,微型旋转电机均为三相直流电机。探测雷达7安装在第二连接架最前端。
S2、测量当前雷达安装高度H,设置第一驱动转轴的旋转角度α为15°。
S3、设备首次启动,第一驱动转轴旋转360°,获取当前环境下人员数量N,判断人员数量N是否大于0?若是,进入S5,若否,进入下一步骤。
所述S3具体步骤为:
S31、首先确定半径r和minPoints,在3D点云中没有被访问过的任意数据开始,以这个点为中心,r为半径的球内包含的点数量是否大于或等于minPoints,如果大于或等于minPoints,则该点被标记为中心点,反之记为噪点
S32、重复S31,直到所有的点都被访问过,如果一个噪点存在于某个中心点为半径的园内,则这个点记为边缘点,反之仍未噪点,
S33、对不同聚类后的点簇编号,每个编号(ID)表征一个人。
S4、系统启动计时,经过delta1时间后,人员数量N若仍为0,返回S3步骤,否则进入S5。
S5、当前感受野中存在单人或人群,判断人员数量是否等于1?若是,进入S6,若否,进入S8。
S6、启动设备跟踪,通过第一驱动转轴,保证当前人员在雷达感受范围内。
S7、当S6跟踪算法持续检测到目标的次数大于等于40次时,即age≥40,启动跌倒检测,通过点云数据,判断人员是否跌倒。
所述步骤S7具体为:
S71、记当前帧为fNum,对帧区间[fNum-age,fNum]内的目标的最高高度H_max做滤波,滤波函数具体为:
其中HfNum表示:fNum帧的最高高度。
S72、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算平均高度H_avgfNum,计算公式具体为:
即:如果为第一帧,则平均高度为当前帧的最高高度,否则平均高度为当前帧高度H_avgfNum和前一帧平均高度H_maxavg-1的加权平均,权重为
S73、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算高度差H_deltafNum,计算公式具体为:
H_deltafNum=H_avgfNum-H_avgfNum-m
即:当前帧fNum的高度差H_deltafNum等于当前帧的平均高度H_avgfNum减去fNum-m帧的平均高度H_avgfNum-m
S74、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算目标点云的长L、宽W,计算公式具体为:
其中:xmax为点云的x方向坐标最大值,xmin为点云的x方向坐标最小值,ymax为点云的y方向坐标最大值,ymin为点云的y方向坐标最小值。
S75、对帧区间[fNum-age,fNum]内长L、宽W做高斯滤波,滤波后的长、宽数据计算宽高比α和长高比β。
S76、通过H_deltafNum、α、β判断目标是否跌倒,具体地,当满足如下3个条件下,目标判定为跌倒。
条件1:H_deltafNum<c1,
其中:
c1=γ*H_maxfNum-n
即:c1等于比例因子γ乘以fNum-n帧的最高高度。
条件2:H_deltafNum>c2。
条件3:α>c3 orβ>c4。
S8、若雷达感受范围在delta2时间内没有探测到人员,此时进入S3,从新扫描环境。
本发明设计合理,采用雷达探测,利用设备自身的程序,采用在满足隐私保护的前提下,实现全方位人员跟踪式精准跌倒报警功能。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:包括云台底座,云台底座的下端安装有保护罩,保护罩内安装有双轴运动机构;所述双轴运动机构的下端安装有电路板,电路板上安装有探测雷达、图像采集卡模块、通讯模块和电源模块,通讯模块连接双轴运动机构;所述通讯模块通过无线信号连接控制主机;
还包括如下步骤:
S1、在室内顶部中心安装检测装置,检测装置紧贴屋顶,垂直90°向下安装;其中,微型旋转电机均为三相直流电机;探测雷达安装在第二连接架最前端;
S2、测量当前雷达安装高度H,设置第一驱动转轴的旋转角度α为15°;
S3、设备首次启动,第一驱动转轴旋转360°,获取当前环境下人员数量N,判断人员数量N是否大于0,若是,进入S5,若否,进入下一步骤;
所述S3具体步骤为:
S31、首先确定半径r和minPoints,在3D点云中没有被访问过的任意数据开始,以这个点为中心,r为半径的球内包含的点数量是否大于或等于minPoints,如果大于或等于minPoints,则该点被标记为中心点,反之记为噪点;
S32、重复S31,直到所有的点都被访问过,如果一个噪点存在于某个中心点为半径的园内,则这个点记为边缘点,反之仍未噪点;
S33、对不同聚类后的点簇编号,每个编号(ID)表征一个人;
S4、系统启动计时,经过delta1时间后,人员数量N若仍为0,返回S3步骤,否则进入S5;
S5、当前感受野中存在单人或人群,判断人员数量是否等于1;若是,进入S6,若否,进入S8;
S6、启动设备跟踪,通过第一驱动转轴,保证当前人员在雷达感受范围内;
S7、当S6跟踪算法持续检测到目标的次数大于等于40次时,即age≥40,启动跌倒检测,通过点云数据,判断人员是否跌倒;
所述步骤S7具体为:
S71、记当前帧为fNum,对帧区间[fNum-age,fNum]内的目标的最高高度H_max做滤波,滤波函数具体为:
其中HfNum表示:fNum帧的最高高度;
S72、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算平均高度H_avgfNum,计算公式具体为:
即:如果为第一帧,则平均高度为当前帧的最高高度,否则平均高度为当前帧高度H_avgfNum和前一帧平均高度H_maxavg-1的加权平均,权重为
S73、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算高度差H_deltafNum,计算公式具体为:
H_deltafNum=H_avgfNum-H_avgfNum-m
即:当前帧fNum的高度差H_deltafNum等于当前帧的平均高度H_avgfNum减去fNum-m帧的平均高度H_avgfNum-m
S74、在帧区间[fNum-age,fNum]内计算目标点云的长L、宽W,计算公式具体为:
其中:xmax为点云的x方向坐标最大值,xmin为点云的x方向坐标最小值,ymax为点云的y方向坐标最大值,ymin为点云的y方向坐标最小值;
S75、对帧区间[fNum-age,fNum]内长L、宽W做高斯滤波,滤波后的长、宽数据计算宽高比α和长高比β;
S76、通过H_deltafNum、α、β判断目标是否跌倒,具体地,当满足如下3个条件下,目标判定为跌倒;
条件1:H_deltafNum<c1,
其中:
c1=γ*H_maxfNum-n
即:c1等于比例因子γ乘以fNum-n帧的最高高度;
条件2:H_deltafNum>c2;
条件3:α>c3 or β>c4;
S8、若雷达感受范围在delta2时间内没有探测到人员,此时进入S3,从新扫描环境。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:所述控制主机采用的是服务器。
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:所述双轴运动机构包括安装在保护罩内云台底座下端面的第一驱动装置,第一驱动装置传动连接有第一驱动转轴;所述第一驱动转轴的下端固定连接有第一连接架;所述第一连接架的下端安装有第二驱动装置,第二驱动装置传动连接有第二驱动转轴;所述第二驱动转轴的下端固定连接有第二连接架;所述第二连接架的端部安装电路板。
4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:所述第一驱动装置和第二驱动装置采用的都是微型旋转电机;第一驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-360°;第二驱动装置的微型旋转电机的旋转角度为0-90°。
5.根据权利要求4所述的一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:所述第一连接架和第二连接架采用的是不锈钢板,不锈钢板的外表面有绝缘涂料层。
6.根据权利要求5所述的一种基于毫米波雷达的独居老人追踪式跌倒检测装置,其特征在于:所述第二连接架的端部设置有安装板,电路板安装在安装板上。
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