发明内容
本发明正是基于上述问题,提出了一种基于微波感应的人体存在检测方法及微波感应器,能高降低环境因素对人体检测的干扰,提高人体检测的准确率。
有鉴于此,本发明的第一方面提出了一种基于微波感应的人体存在检测方法,包括:
周期性对室内空间进行扫描;
根据扫描反射信号得到室内高度分布图;
将一天内的室内高度分布图进行动态对比;
确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域;
对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,在根据扫描反射信号得到室内高度分布图的步骤之后,还包括:
根据所述室内高度分布图对室内物品进行识别;
按照所述室内物品的摆放将室内空间中的部分区域配置为存在人体的高频区域以及低频区域;
分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数,设扫描系数为α,配置默认扫描系数为α=1,高频区域的扫描系数为α>1的数值,低频区域的扫描系数为α<1的数值;
按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤具体包括:
获取默认扫描速度v0以及默认采样周期0;
获取当前扫描区域的扫描系数α;
根据所述扫描系数控制所述扫描速度以及采样周期使得单位距离的采样次数满足
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域的步骤具体包括:
从一天内的多个室内高度分布图中获取室内每个区域的最小高度值;
使用所述最小高度值生成室内最小高度分布图;
使用当前室内高度分布图中每个区域的高度值减去室内最小高度分布图中相应区域的高度值,得到当前室内高度差值分布图;
对所述室内高度差值分布图每个区域与相邻区域的高度差值进行求导得到当前室内高度变化边缘图像;
根据所述室内高度变化边缘图像确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测的步骤具体包括:
确定所述疑似人体区域的扫描反射信号的频率相对于扫描发射信号的频率是否发生变化;
将所述疑似人体区域的扫描反射信号以及扫描发射信号输入人体呼吸心跳微动信号模型以确定所述疑似人体区域是否存在人体。
本发明的第二方面提出了一种微波感应器,包括安装在室内空间中具有一定高度位置的用于对室内空间进行扫描的定向天线、用于驱动所述定向天线对室内空间进行扫描的驱动机构、用于接收扫描反射信号的信号接收器以及控制器,所述控制器被配置为:
周期性对室内空间进行扫描;
根据扫描反射信号得到室内高度分布图;
将一天内的室内高度分布图进行动态对比;
确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域;
对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测。
进一步的,在上述的微波感应器中,在根据扫描反射信号得到室内高度分布图的步骤之后,所述控制器被配置为:
根据所述室内高度分布图对室内物品进行识别;
按照所述室内物品的摆放将室内空间中的部分区域配置为存在人体的高频区域以及低频区域;
分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数,设扫描系数为α,配置默认扫描系数为α=1,高频区域的扫描系数为α>1的数值,低频区域的扫描系数为α<1的数值;
按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤。
进一步的,在上述的微波感应器中,在按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤中,所述控制器被配置为:
获取默认扫描速度v0以及默认采样周期t0;
获取当前扫描区域的扫描系数α;
根据所述扫描系数控制所述扫描速度以及采样周期使得单位距离的采样次数满足
进一步的,在上述的微波感应器中,在确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域的步骤中,所述控制器被配置为:
从一天内的多个室内高度分布图中获取室内每个区域的最小高度值;
使用所述最小高度值生成室内最小高度分布图;
使用当前室内高度分布图中每个区域的高度值减去室内最小高度分布图中相应区域的高度值,得到当前室内高度差值分布图;
对所述室内高度差值分布图每个区域与相邻区域的高度差值进行求导得到当前室内高度变化边缘图像;
根据所述室内高度变化边缘图像确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域。
进一步的,在上述的微波感应器中,在对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测的步骤中,所述控制器被配置为:
确定所述疑似人体区域的扫描反射信号的频率相对于扫描发射信号的频率是否发生变化;
将所述疑似人体区域的扫描反射信号以及扫描发射信号输入人体呼吸心跳微动信号模型以确定所述疑似人体区域是否存在人体。
本发明提出一种基于微波感应的人体存在检测方法及微波感应器,通过周期性对室内空间进行扫描,根据扫描反射信号得到室内高度分布图,将一天内的室内高度分布图进行动态对比,确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域,对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测,能高降低环境因素对人体检测的干扰,提高人体检测的准确率。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定,术语“上”、“下”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装置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。术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,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”等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,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施方式”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面参照附图来描述根据本发明一些实施方式提供的一种基于微波感应的人体存在检测方法及微波感应器。
如图1所示,本发明的第一方面提出了一种基于微波感应的人体存在检测方法,包括:
周期性对室内空间进行扫描;
根据扫描反射信号得到室内高度分布图;
将一天内的室内高度分布图进行动态对比;
确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域;
对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测。
具体的,微波感应器通过定向天线持续发射单频持续信号,同时通过驱动机构驱动天线运动以对室内空间进行扫描,在扫描过程中,通过接收器按照预设的采样周期对扫描反射信号进行采样,根据扫描发射信号的发出时间与扫描反射信号的接收时间之间的时间延迟,结合定向天线当前的位置、姿态和/或角度即可换算得到目标位置的高度。
示例性的,如图2所示,微波感应器的定向天线可旋转地安装在室内天花板上,微波感应器的控制器控制定向天线发射单频持续信号,并控制驱动机构驱动定向天线进行旋转以对室内空间进行扫描,以当前定向天线扫描方向与天花板的夹角为θ为例,根据扫描发射信号与扫描反射信号间的时间延迟,换算得到当前扫描的目标位置与微波感应器的距离为l,可以计算得到目标位置的高度h=H-l·sinθ。
进一步的,在本发明的一些实施方式中,配置地面边界对应的扫描角度,所述微波感应器以遍历地面边界包围的区域作为一个扫描周期执行周期性扫描,每一个扫描周期生成一个室内高度分布图,通过对多个不同扫描周期对应的室内高度分布图进行对比,即可发现高度变化符合人体结构的疑似人体区域,从而对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测,以降低环境震动或者其它微动物体对人体检测的干扰,提高人体检测的准确率。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域的步骤具体包括:
从一天内的多个室内高度分布图中获取室内每个区域的最小高度值;
使用所述最小高度值生成室内最小高度分布图;
使用当前室内高度分布图中每个区域的高度值减去室内最小高度分布图中相应区域的高度值,得到当前室内高度差值分布图;
对所述室内高度差值分布图每个区域与相邻区域的高度差值进行求导得到当前室内高度变化边缘图像;
根据所述室内高度变化边缘图像确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,在根据扫描反射信号得到室内高度分布图的步骤之后,还包括:
根据所述室内高度分布图对室内物品进行识别;
按照所述室内物品的摆放将室内空间中的部分区域配置为存在人体的高频区域以及低频区域;
分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数;
按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤。
在上述实施方式的技术方案中,通过对一天内的多个室内高度分布图进行动态对比,可以对室内物品进行较为粗略的识别和分类,例如,可以将室内物品划分为固定高度物品、高度可变物品,其中固定高度物品根据其高度是否高于一定阈值,例如取80厘米至120厘米范围内的某个值作为阈值划分为可坐物品和不可坐物品,高度可变物品根据其高度变化前后的高度值是否低于上述阈值同样将其划分为可坐物品和不可坐物品,从而可以将可坐物品对应的区域配置为存在人体的高频区域,将不可坐物品对应的区域配置为存在人体的低频区域,进而分别配置不同的扫描系数。进一步的,将高度为0的区域配置为普通区域,将普通区域的扫描系数配置为默认扫描系数。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数的步骤具体包括:
设扫描系数为α,配置默认扫描系数为α=1,高频区域的扫描系数为α>1的数值,低频区域的扫描系数为α<1的数值。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤具体包括:
获取默认扫描速度v0以及默认采样周期t0;
获取当前扫描区域的扫描系数α;
根据所述扫描系数控制所述扫描速度以及采样周期使得单位距离的采样次数满足
采用上述实施方式的技术方案,对于普通区域,以默认扫描速度以及默认采样周期进行扫描。对于高频区域,控制驱动机构降低定向天线的运动速度,并减小采样周期,从而提高高频区域的采样次数,例如,在上述实施方式中,对高频区域,将其扫描速度调整为
将期采样周期
从而使得高频区域的单位距离采样次数
同理,对于低频区域,控制驱动机构提高定向天线的运动速度,并延长采样时间,减少在存在人体的低频区域浪费过多的扫描时间使得扫描效率低下。然而上述技术方案并不能完全排除低频区域存在人体的可能性,为了令人体检测的准确率更高,仍然需要对低频区域执行扫描,但可以将其扫描系数配置为尽可能小的数值,例如取
其中v
max为所述驱动机构驱动所述定向天线可达到的最高运动速度。当然,在实现使用中,为了保障机械结构的稳定性以及降低功耗,一般不建议采用α
min这样的极端数值。配置一个取值范围在0到1之间的平衡系数γ,使得v
b=γ·v
max且v
b>v
0,将
配置为扫描系数α的取值下限。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测的步骤具体包括:
确定所述疑似人体区域的扫描反射信号的频率相对于扫描发射信号的频率是否发生变化;
将所述疑似人体区域的扫描反射信号以及扫描发射信号输入人体呼吸心跳微动信号模型以确定所述疑似人体区域是否存在人体。
具体的,在扫描过程中,微波感应器的控制器持续对接收到的扫描反射信号的频率进行分析,确定其相比于扫描发射信号的频率是否发生变化。扫描反射信号的频率f
r与扫描发射信号的频率f
t之前的关系满足
其中
为当前扫描方向与目标物体运动方向之间的夹角。示例性的,扫描发射信号可以使用工作频率f
t=5.8GHz的毫米波,当检测到疑似人体区域的扫描反射信号的频率f
r落入0.25Hz到7Hz之间时,则将疑似人体区域的采样数据输入到人体呼吸心跳微动信号模型中进行匹配,判断采样得到的数据是否符合人体呼吸心跳微动信号模型,从而确定目标区域是否存在人体。
如图3所示,本发明的第二方面提出了一种微波感应器,包括安装在室内空间中具有一定高度位置的用于对室内空间进行扫描的定向天线、用于驱动所述定向天线对室内空间进行扫描的驱动机构、用于接收扫描反射信号的信号接收器以及控制器,所述控制器被配置为:
周期性对室内空间进行扫描;
根据扫描反射信号得到室内高度分布图;
将一天内的室内高度分布图进行动态对比;
确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域;
对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测。
具体的,微波感应器通过定向天线持续发射单频持续信号,同时通过驱动机构驱动天线运动以对室内空间进行扫描,在扫描过程中,通过接收器按照预设的采样周期对扫描反射信号进行采样,根据扫描发射信号的发出时间与扫描反射信号的接收时间之间的时间延迟,结合定向天线当前的位置、姿态和/或角度即可换算得到目标位置的高度。
示例性的,如图2所示,微波感应器的定向天线可旋转地安装在室内天花板上,微波感应器的控制器控制定向天线发射单频持续信号,并控制驱动机构驱动定向天线进行旋转以对室内空间进行扫描,以当前定向天线扫描方向与天花板的夹角为θ为例,根据扫描发射信号与扫描反射信号间的时间延迟,换算得到当前扫描的目标位置与微波感应器的距离为l,可以计算得到目标位置的高度h=H-l·sinθ。
进一步的,在本发明的一些实施方式中,配置地面边界对应的扫描角度,所述微波感应器以遍历地面边界包围的区域作为一个扫描周期执行周期性扫描,每一个扫描周期生成一个室内高度分布图,通过对多个不同扫描周期对应的室内高度分布图进行对比,即可发现高度变化符合人体结构的疑似人体区域,从而对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测,以降低环境震动或者其它微动物体对人体检测的干扰,提高人体检测的准确率。
进一步的,在上述的人体存在检测方法中,确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域的步骤具体包括:
从一天内的多个室内高度分布图中获取室内每个区域的最小高度值;
使用所述最小高度值生成室内最小高度分布图;
使用当前室内高度分布图中每个区域的高度值减去室内最小高度分布图中相应区域的高度值,得到当前室内高度差值分布图;
对所述室内高度差值分布图每个区域与相邻区域的高度差值进行求导得到当前室内高度变化边缘图像;
根据所述室内高度变化边缘图像确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域。
进一步的,在上述的微波感应器中,在根据扫描反射信号得到室内高度分布图的步骤之后,所述控制器被配置为:
根据所述室内高度分布图对室内物品进行识别;
按照所述室内物品的摆放将室内空间中的部分区域配置为存在人体的高频区域以及低频区域;
分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数;
按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤。
在上述实施方式的技术方案中,通过对一天内的多个室内高度分布图进行动态对比,可以对室内物品进行较为粗略的识别和分类,例如,可以将室内物品划分为固定高度物品、高度可变物品,其中固定高度物品根据其高度是否高于一定阈值,例如取80厘米至120厘米范围内的某个值作为阈值划分为可坐物品和不可坐物品,高度可变物品根据其高度变化前后的高度值是否低于上述阈值同样将其划分为可坐物品和不可坐物品,从而可以将可坐物品对应的区域配置为存在人体的高频区域,将不可坐物品对应的区域配置为存在人体的低频区域,进而分别配置不同的扫描系数。进一步的,将高度为0的区域配置为普通区域,将普通区域的扫描系数配置为默认扫描系数。
进一步的,在上述的微波感应器中,在分别配置所述高频区域和所述低频区域的扫描系数的步骤中,所述控制器被配置为:
设扫描系数为α,配置默认扫描系数为α=1,高频区域的扫描系数为α>1的数值,低频区域的扫描系数为α<1的数值。
进一步的,在上述的微波感应器中,在按照所述扫描系数执行所述周期性对室内空间进行扫描的步骤中,所述控制器被配置为:
获取默认扫描速度v0以及默认采样周期t0;
获取当前扫描区域的扫描系数α;
根据所述扫描系数控制所述扫描速度以及采样周期使得单位距离的采样次数满足
采用上述实施方式的技术方案,对于普通区域,以默认扫描速度以及默认采样周期进行扫描。对于高频区域,控制驱动机构降低定向天线的运动速度,并减小采样周期,从而提高高频区域的采样次数,例如,在上述实施方式中,对高频区域,将其扫描速度调整为
将期采样周期
从而使得高频区域的单位距离采样次数
同理,对于低频区域,控制驱动机构提高定向天线的运动速度,并延长采样时间,减少在存在人体的低频区域浪费过多的扫描时间使得扫描效率低下。然而上述技术方案并不能完全排除低频区域存在人体的可能性,为了令人体检测的准确率更高,仍然需要对低频区域执行扫描,但可以将其扫描系数配置为尽可能小的数值,例如取
其中v
max为所述驱动机构驱动所述定向天线可达到的最高运动速度。当然,在实现使用中,为了保障机械结构的稳定性以及降低功耗,一般不建议采用α
min这样的极端数值。配置一个取值范围在0到1之间的平衡系数γ,使得v
b=γ·v
max且v
b>v
0,将
配置为扫描系数α的取值下限。
进一步的,在上述的微波感应器中,在对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测的步骤中,所述控制器被配置为:
确定所述疑似人体区域的扫描反射信号的频率相对于扫描发射信号的频率是否发生变化;
将所述疑似人体区域的扫描反射信号以及扫描发射信号输入人体呼吸心跳微动信号模型以确定所述疑似人体区域是否存在人体。
具体的,在扫描过程中,微波感应器的控制器持续对接收到的扫描反射信号的频率进行分析,确定其相比于扫描发射信号的频率是否发生变化。扫描反射信号的频率f
r与扫描发射信号的频率f
t之前的关系满足
其中
为当前扫描方向与目标物体运动方向之间的夹角。示例性的,扫描发射信号可以使用工作频率f
t=5.8GHz的毫米波,当检测到疑似人体区域的扫描反射信号的频率f
r落入0.25Hz到7Hz之间时,则将疑似人体区域的采样数据输入到人体呼吸心跳微动信号模型中进行匹配,判断采样得到的数据是否符合人体呼吸心跳微动信号模型,从而确定目标区域是否存在人体。
本发明提出一种基于微波感应的人体存在检测方法及微波感应器,通过周期性对室内空间进行扫描,根据扫描反射信号得到室内高度分布图,将一天内的室内高度分布图进行动态对比,确定是否存在高度变化符合人体结构的疑似人体区域,对疑似人体区域执行呼吸心跳微动检测,能高降低环境因素对人体检测的干扰,提高人体检测的准确率。
应当说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,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、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。