CN113945915A - 一种毫米波雷达检测跌倒的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波雷达检测跌倒的方法和装置，该方法包括：毫米波雷达对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据；将得到的目标点云的高度信息保存，并求取平均高度；累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；如若跌倒，则触发呼叫系统进行对话或者就医。本发明通过高度值的变化情况，实时检测人体体态，完成对人体跌倒的检测和报警。整体设计成本低、可靠性高、算法复杂度低、检测准确度高和可扩展的优点，可以满足对人体跌倒检测报警的需要，且能保证人员居住的私密性，非常适合独居老人的日常监测。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种毫米波雷达检测跌倒的方法及装置。
背景技术
跌倒，是威胁老年人健康的最危险意外事故之一。跌倒是我国老年人(高于65周岁者)伤害致死的最主要原因，是全年龄段群体意外受伤致死的第四大原因。某些跌倒并不导致伤害，但非损伤性跌倒中47％的老年人无法在没有外人帮助下自主站立起来。跌倒不仅会在生理上造成伤害，也会在心理上造成影响(害怕跌倒)。可以说，跌倒是老年人健康的重大隐患之一。所以，对于老年人来说，跌倒检测是一个很重要的功能。
跌倒检测技术主要三类，分别是基于动力特征(速度，加速度，角度，角速度等等)，生理特征(心率，生理电信号)以及环境特征(声音，震动，姿态等等)的检测。目前实际应用得比较多的跌倒检测技术主要有基于视频、图像、声音、压力感应垫的环境特征检测和基于加速度、角度等动力特征的检测，但是这些传感器容易受外部环境(如光照、温度等)影响，造成虚警的出现。
发明内容
本发明提供了一种毫米波雷达检测跌倒的方法及装置，以解决上述问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种毫米波雷达检测跌倒的方法，包括：
毫米波雷达对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角以及信噪比；
将得到的目标点云的高度信息保存，并求取平均高度；
累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；
判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；
如若跌倒，则触发呼叫系统进行对话或者就医。
作为毫米波雷达检测跌倒的方法的一种优选方式，所述对反射回来的信号进行信号处理具体包括如下步骤：
对反射回来的信号进行傅里叶变换，在距离维度上根据恒虚警率算法提取目标的距离信息；
根据目标的距离信息，由天线阵列确定的方向导引矢量，先确定目标的方位角，然后根据恒虚警率算法提取出有效目标的角度，然后再由方向导引矢量算出所提取出的目标的俯仰角；
根据目标的距离和角度，结合毫米波雷达的角度分辨率和距离分辨率，得到待测空间内目标点云的信息数据。
作为毫米波雷达检测跌倒的方法的一种优选方式，所述求取平均高度的方法为：
获取当前帧的高度数据H1，以及上一帧的高度数据H2,并分别设置分配系数a,b,其中a+b＝1；
平均高度＝a*H1+b*H2。
作为毫米波雷达检测跌倒的方法的一种优选方式，所述累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ的方法包括：
累计到一定数量的帧数后，选取距离当前帧具有一定距离的帧作为对比帧，然后计算高差信息，高差信息δ＝当前帧的平均高度-对比帧的平均高度。
作为毫米波雷达检测跌倒的方法的一种优选方式，所述判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒的方法包括：
所选阈值为T，如果δ<-T,且持续5帧以上，则判定为跌倒；
如果δ>T,则判定为不是跌倒；
如果T>δ>-T,则判定为维持之前的状态。
作为毫米波雷达检测跌倒的方法的一种优选方式，所述如若跌倒，则触发呼叫系统进行对话或者就医具体包括：
将毫米波雷达集成到物业对讲系统中，触发跌倒报警后，打开屋内对讲系统，对话物业打急救电话或者联系亲属。
本发明还提供一种毫米波雷达检测跌倒的装置，包括：
毫米波雷达模块，用于对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角以及信噪比；
存储模块，用于将得到的目标点云的高度信息保存；
计算模块，用于求取目标点云的高度信息的平均高度，累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；
判断模块，用于判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；
报警模块，用于在判断为跌倒时触发呼叫系统进行对话或者就医。
本发明的有益效果是：本发明通过高度值的变化情况，实时检测人体体态，完成对人体跌倒的检测和报警。整体设计成本低、可靠性高、算法复杂度低、检测准确度高和可扩展的优点，具有很高的实用性，可以满足对人体跌倒检测报警的需要，且能保证人员居住的私密性，非常适合独居老人的日常监测。
附图说明
图1为本发明公开的毫米波雷达检测跌倒的方法的流程示意图。
图2为本发明公开的毫米波雷达检测跌倒的装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开一种毫米波雷达检测跌倒的方法，毫米波雷达则具备全天候的特性，在环境稳健性方面比其他传感器优异很多，能够满足室内人员检测在准确性、稳定性等方面的要求，因此毫米波雷达被越来越多的应用在安防监控、智能家居、智慧养老和自动门控制等领域。尤其在涉及到保护个人隐私生活等方面，毫米波雷达更有不可替代的天然优势。如图1所示，检测跌倒的方法包括如下步骤：
S1、毫米波雷达对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角。
其中，对反射回来的信号进行信号处理包括：
对反射回来的信号进行傅里叶变换，在距离维度上根据恒虚警率算法提取目标的距离信息；
根据目标的距离信息，由天线阵列确定的方向导引矢量，先确定目标的方位角，然后根据恒虚警率算法提取出有效目标的角度，然后再由方向导引矢量算出所提取出的目标的俯仰角；
根据目标的距离和角度，结合毫米波雷达的角度分辨率和距离分辨率，得到待测空间内目标点云的信息数据，尤其是坐标信息和高度信息。
S2、将得到的目标点云的高度信息保存，并求取平均高度；
在信号处理过程中，每一帧的目标都会得出一个该目标的高度信息，由于人体的反射点可以从头到脚，所以获取的高度信息也是层次不齐，这里的高度信息取的是最大值。
为了更加的平滑这个高度信息，又取了平均高度，具体为：获取当前帧的高度数据H1，以及上一帧的高度数据H2,并分别设置分配系数a,b,其中a+b＝1。
平均高度＝a*H1+b*H2；
其中a可以取0.4，b取0.6。
S3、累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ。
其中，所谓累计一定数量的帧数是为了计算高差的时候有充足的数据做对比，比如累计30帧后的数据，才能做跌倒判断。所选取的对比帧是反应的之前的一个高度状态，所以应与当前帧拉开一定的差距，本发明的选取方法为：
对比帧＝当前帧-20；
高差信息δ＝当前帧的平均高度-对比帧的平均高度。
S4、判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒。
其具体办法为：
所选阈值为T，为经验取得，这里暂不公开；
如果δ<-T,且持续5帧以上，则判定为跌倒；
如果δ>T,则判定为不是跌倒；
如果T>δ>-T,则判定为维持之前的状态。
S5、如若跌倒，则触发物业呼叫系统进行对话或者就医；
具体包括如下步骤：
所述雷达检测方法集成到物业对讲系统中，触发跌倒报警后，即可打开屋内对讲系统，对话物业打急救电话或者联系亲属。
本发明通过对毫米波雷达的回波信号进行信号处理，得到待测区域的目标点云数据，将得到的目标点云的高度信息进行多帧存储，为了平滑处理，求取了平均高度，累计一定的帧数后，选取对比帧，对比帧是跟当前帧拉开一定的时间差距的，这样才能体现状态的改变情况，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ，判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒，如若跌倒，则触发物业呼叫系统进行对话或者就医，如此能第一时间安排救助。
实施例2
本实施例公开一种毫米波雷达检测跌倒的装置，包括：
毫米波雷达模块1，用于对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角以及信噪比；
存储模块2，用于将得到的目标点云的高度信息保存；
计算模块3，用于求取目标点云的高度信息的平均高度，累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；
判断模块4，用于判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；
报警模块5，用于在判断为跌倒时触发呼叫系统进行对话或者就医。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，包括：
毫米波雷达对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角以及信噪比；
将得到的目标点云的高度信息保存，并求取平均高度；
累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；
判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；
如若跌倒，则触发呼叫系统进行对话或者就医。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，所述对反射回来的信号进行信号处理具体包括如下步骤：
对反射回来的信号进行傅里叶变换，在距离维度上根据恒虚警率算法提取目标的距离信息；
根据目标的距离信息，由天线阵列确定的方向导引矢量，先确定目标的方位角，然后根据恒虚警率算法提取出有效目标的角度，然后再由方向导引矢量算出所提取出的目标的俯仰角；
根据目标的距离和角度，结合毫米波雷达的角度分辨率和距离分辨率，得到待测空间内目标点云的信息数据。
3.根据权利要求1所述的毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，所述求取平均高度的方法为：
获取当前帧的高度数据H1，以及上一帧的高度数据H2,并分别设置分配系数a,b,其中a+b＝1；
平均高度＝a*H1+b*H2。
4.根据权利要求3所述的毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，所述累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ的方法包括：
累计到一定数量的帧数后，选取距离当前帧具有一定距离的帧作为对比帧，然后计算高差信息，高差信息δ＝当前帧的平均高度-对比帧的平均高度。
5.根据权利要求4所述的毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，所述判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒的方法包括：
所选阈值为T，如果<-T,且持续5帧以上，则判定为跌倒；
如果δ>T,则判定为不是跌倒；
如果T>δ>-T,则判定为维持之前的状态。
6.根据权利要求1所述的毫米波雷达检测跌倒的方法，其特征在于，所述如若跌倒，则触发呼叫系统进行对话或者就医具体包括：
将毫米波雷达集成到物业对讲系统中，触发跌倒报警后，打开屋内对讲系统，对话物业打急救电话或者联系亲属。
7.一种毫米波雷达检测跌倒的装置，其特征在于，包括：
毫米波雷达模块，用于对待测空间发射电磁波信号，对反射回来的信号进行信号处理，得到待测空间内目标点云的信息数据，包括坐标、高度、方位角、俯仰角以及信噪比；
存储模块，用于将得到的目标点云的高度信息保存；
计算模块，用于求取目标点云的高度信息的平均高度，累计到一定数量的帧数，选取对比帧，获取关于当前帧与对比帧的高差信息δ；
判断模块，用于判断δ的大小与阈值区间的关系，从而判断是否跌倒；
报警模块，用于在判断为跌倒时触发呼叫系统进行对话或者就医。
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|---|---|---|---|---|
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