一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法,特別是涉及一種采用麥克風(fēng)陣列對按時(shí)間順序依次經(jīng)過麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計(jì)的方法。屬于聲目標(biāo)數(shù)量估計(jì)領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0002]在入侵檢測中,對入侵目標(biāo)數(shù)目的估計(jì)是一個(gè)十分重要的內(nèi)容。常用的用于估計(jì)入侵目標(biāo)數(shù)目的手段是借助紅外傳感器或者圖像傳感器。但這兩種傳感器在使用中均存在許多缺陷。首先,紅外傳感器和圖像傳感器的功耗很大,這對于低功耗且需長時(shí)間使用的無線傳感器來說往往很難承受。其次,紅外傳感器和圖像傳感器在使用中對傳感器的布置有嚴(yán)格的要求,從而很難實(shí)現(xiàn)非人工布設(shè)。此外,紅外傳感器和圖像傳感器對目標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)候,鏡頭前方不能有遮擋,無法實(shí)現(xiàn)非視距計(jì)數(shù)。
[0003]相比之下,麥克風(fēng)陣列具有極低功耗、布放簡單且不存在視距局限等優(yōu)勢,在無線傳感器中使用十分廣泛。但現(xiàn)在在入侵檢測領(lǐng)域,麥克風(fēng)陣列的應(yīng)用還主要是對目標(biāo)進(jìn)行定向和識別,還沒有充分挖掘出其使用價(jià)值。使用麥克風(fēng)陣列對聲音目標(biāo)數(shù)目進(jìn)行估計(jì)是有文獻(xiàn)報(bào)道的,例如王永良《空間譜估計(jì)理論與算法》清華大學(xué)出版社,第40頁“信號源數(shù)估計(jì)”。此外,由于聲音信號易受到風(fēng)噪聲等因素的干擾,在時(shí)域所受的影響更為嚴(yán)重,因而無法直接利用時(shí)域信號來實(shí)現(xiàn)魯棒性的計(jì)數(shù)應(yīng)用。本發(fā)明擬在麥克風(fēng)陣列定向的基礎(chǔ)上,將其用于對運(yùn)動目標(biāo)的計(jì)數(shù),從而取代紅外傳感器和圖像傳感器用于計(jì)數(shù)的傳統(tǒng)方式,對無線傳感器實(shí)現(xiàn)低功耗,長生命周期和易于布置等要求具有十分重要的意義。這方面卻鮮有報(bào)道,從而引導(dǎo)出本申請的構(gòu)思。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法,本發(fā)明提供的一種計(jì)數(shù)方法是一種基于麥克風(fēng)陣列的,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法。
[0005]本發(fā)明提供的一種采用麥克風(fēng)陣列進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目估計(jì)的方法,具體包括以下步驟:
[0006]1、麥克風(fēng)陣列通過目標(biāo)檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo);
[0007]2、檢測到運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)后,麥克風(fēng)陣列在每個(gè)時(shí)間幀上利用該幀的采集信號按一個(gè)聲源對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行定向,從而得到運(yùn)動目標(biāo)在每個(gè)時(shí)間幀上的角度估計(jì)值;
[0008]3、檢測算法檢測到運(yùn)動目標(biāo)已駛離麥克風(fēng)陣列過后,麥克風(fēng)陣列停止角度估計(jì),計(jì)算所得各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶的次數(shù),則該次數(shù)就是運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)目。
[0009]所述步驟(I)中的目標(biāo)檢測算法并不局限于使用麥克風(fēng)進(jìn)行檢測,也可包括其他傳感器所提供的目標(biāo)檢測方式。例如采用震動傳感器來檢測有無運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)。
[0010]所述步驟(3)中麥克風(fēng)陣列用來計(jì)數(shù)的時(shí)間幀不局限于從檢測算法檢測出目標(biāo)出現(xiàn)到檢測算法檢測出目標(biāo)已駛離麥克風(fēng)陣列這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間幀,也可以是某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間幀,用以統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)個(gè)數(shù)。
[0011]所述步驟(3)中各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶,指的是連續(xù)N幀都在該角度帶內(nèi),但這N個(gè)連續(xù)幀的之前一幀和之后一幀均不在這個(gè)角度帶內(nèi),其中N多I。
[0012]由于采用了上述的技術(shù)方案,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0013]本發(fā)明利用麥克風(fēng)陣列來對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù),相比傳統(tǒng)的使用紅外傳感器和圖像傳感器來進(jìn)行計(jì)數(shù),麥克風(fēng)陣列具有低功耗、易于布置以及隱蔽性等優(yōu)點(diǎn)。此外,由于聲音信號不受視距影響,麥克風(fēng)陣列還可實(shí)現(xiàn)對非視距的運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù),更加提升了設(shè)備的隱蔽性。相比直接使用聲音信號的時(shí)域進(jìn)行計(jì)數(shù),利用定向結(jié)果進(jìn)行計(jì)數(shù),使計(jì)數(shù)手段更具魯棒性,不容易受到噪聲的干擾。所以本發(fā)明具有低功耗,易于布置、可實(shí)現(xiàn)非視距運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0014]圖1是基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)技術(shù)方法的流程圖;
[0015]圖2是實(shí)施例的效果演示圖,(a)為兩輛車經(jīng)過的聲音信號;(b)為麥克風(fēng)陣列各幀的角度估計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法,如圖1所示,包括以下步驟:(1)麥克風(fēng)陣列通過目標(biāo)檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo);(2)檢測到運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)后,麥克風(fēng)陣列在每個(gè)時(shí)間幀上利用該幀的采集信號按一個(gè)聲源對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行定向,從而得到運(yùn)動目標(biāo)在每個(gè)時(shí)間幀上的角度估計(jì)值θ1;(3)檢測算法檢測到運(yùn)動目標(biāo)已駛離麥克風(fēng)陣列過后,麥克風(fēng)陣列停止角度估計(jì),計(jì)算所得各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶的次數(shù),則該次數(shù)就是運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)目。
[0018]下面以一個(gè)運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)的具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0019]步驟一:以一個(gè)直徑為Ilcm的4陣元均勻圓陣的麥克風(fēng)陣列采集聲音信號。
[0020]步驟二:通過檢測算法,檢測出車輛經(jīng)過的時(shí)間段;
[0021]步驟三:以每0.125S為一時(shí)間幀,利用麥克風(fēng)陣列,使用定向算法按一個(gè)聲源對每幀信號進(jìn)行定向,結(jié)果如圖2所示。
[0022]步驟四:通過程序自動計(jì)算各幀角度通過[75° ,125° ]角度帶的次數(shù)。本實(shí)施例采用的計(jì)算方式為:如果連續(xù)5幀的角度值位于[75° ,125° ]內(nèi),算檢測出一次通過角度帶;如果兩次通過角度帶的時(shí)間間隔小于2秒,則依然算作一次通過角度帶。根據(jù)所述的方法計(jì)算,得到各幀共2次通過該角度帶,故運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目為2。
[0023]不難發(fā)現(xiàn),本發(fā)明在麥克風(fēng)陣列定向的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目估計(jì),充分挖掘了麥克風(fēng)陣列的優(yōu)勢,相比直接使用時(shí)域麥克風(fēng)信號,魯棒性更高,環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng),是一種低功耗,易于布置,可實(shí)現(xiàn)非視距計(jì)數(shù)的運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目估計(jì)方法,特別適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)麥克風(fēng)陣列通過目標(biāo)檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo); (2)檢測到運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)后,麥克風(fēng)陣列在每個(gè)時(shí)間幀上利用該幀的采集信號按一個(gè)聲源對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行定向,從而得到運(yùn)動目標(biāo)在每個(gè)時(shí)間幀上的角度估計(jì)值; (3)檢測算法檢測到運(yùn)動目標(biāo)已駛離麥克風(fēng)陣列過后,麥克風(fēng)陣列停止角度估計(jì),計(jì)算所得各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶的次數(shù),則該次數(shù)就是運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)目。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述步驟(I)中的目標(biāo)檢測算法不局限于使用麥克風(fēng)陣列進(jìn)行檢測,也可包括采用震動傳感器所提供的目標(biāo)檢測方式,檢測有無運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述步驟(3)中麥克風(fēng)陣列用來計(jì)數(shù)的時(shí)間幀不局限于從檢測算法檢測出目標(biāo)出現(xiàn)到檢測算法檢測出目標(biāo)已駛離麥克風(fēng)陣列這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間幀,或是某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間幀,用以統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)個(gè)數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述步驟(3)中各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶,其指的是連續(xù)N幀都在該角度帶內(nèi)但這N個(gè)連續(xù)幀的之前一幀和之后一幀均不在這個(gè)角度帶內(nèi),其中N多I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于以一個(gè)直徑為Ilcm的4陣元均勻圓陣的麥克風(fēng)陣列米集聲首?目號步驟是: 步驟一:通過檢測算法,檢測出車輛經(jīng)過的時(shí)間段; 步驟二:以每0.125S為一時(shí)間幀,利用麥克風(fēng)陣列,使用定向算法按一個(gè)聲源對每幀信號進(jìn)行定向; 步驟三:通過程序自動計(jì)算各幀角度通過[75°,125° ]角度帶的次數(shù);采用的計(jì)算方式為:如果連續(xù)5幀的角度值位于[75°,125° ]內(nèi),算檢測出一次通過角度帶;如果兩次通過角度帶的時(shí)間間隔小于2秒,則依然算作一次通過角度帶,根據(jù)所述的方法計(jì)算,得到各幀共2次通過該角度帶,運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目定為2。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于所述的方法更具魯棒性,不易受到噪聲的干擾,適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述的方法是一種低功耗、易于布置,實(shí)現(xiàn)非視距的運(yùn)動目標(biāo)的計(jì)數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運(yùn)動目標(biāo)計(jì)數(shù)方法,其特征在于所述的計(jì)數(shù)方法包括以下步驟:麥克風(fēng)陣列通過目標(biāo)檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo);檢測到運(yùn)動目標(biāo)出現(xiàn)后,麥克風(fēng)陣列在每個(gè)時(shí)間幀上利用該幀的采集信號按一個(gè)聲源對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行定向,從而得到運(yùn)動目標(biāo)在每個(gè)時(shí)間幀上的角度估計(jì)值;檢測算法檢測到運(yùn)動目標(biāo)駛離麥克風(fēng)陣列過后,麥克風(fēng)陣列停止角度估計(jì),計(jì)算所得各幀的角度估計(jì)值經(jīng)過某個(gè)角度帶的次數(shù),則該次數(shù)就是運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)目。本發(fā)明充分利用了麥克風(fēng)陣列的優(yōu)勢,憑借單個(gè)麥克風(fēng)陣列即可十分便捷地實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動目標(biāo)數(shù)目的估計(jì)。且所述的計(jì)數(shù)方法具有傳統(tǒng)的使用紅外傳感器或圖像傳感器難以滿足的低功耗、易于布放以及隱蔽性的三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06M1/00, G01S3/80
【公開號】CN105068042
【申請?zhí)枴緾N201510456283
【發(fā)明人】郭峰, 張鑫, 祖興水, 劉華巍, 程勇博, 李寶清, 袁曉兵
【申請人】中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月29日