基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi)人體定位裝置及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)，尤其涉及一種基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi) 人體定位裝置及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)，其是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(shù)，也是智能監(jiān)控、人體運動分 析及行為識別等領域所涉及的基礎技術(shù)，在醫(yī)療監(jiān)護和安防等方面具有廣泛的應用價值。 目前，室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)可分為穿戴式室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)和非穿戴式室內(nèi)人體定 位跟蹤技術(shù)，而對于所述的非穿戴式室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)，其則主要包括有基于視頻圖 像的測量方法和基于主動紅外的測量方法。然而，對于這些傳統(tǒng)的非穿戴式室內(nèi)人體定位 跟蹤技術(shù)，其存有不少的缺點，例如：1、對于所述的基于視頻圖像的測量方法，其依賴于光 照強度，且數(shù)據(jù)處理方法比較復雜，傳輸和計算開銷大，因此，并不適合大規(guī)模的布置，以及 不適用于資源受限的物聯(lián)網(wǎng)；2、對于所述的基于主動紅外的測量方法，其需要成對的發(fā)射 與接收裝置，硬件成本較高。因此為了解決這些缺點，專家們提出了基于熱釋電紅外傳感器 的室內(nèi)人體定位跟蹤技術(shù)。但是，對于目前常用的基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi)人體定位 跟蹤技術(shù)，其通常需要多個傳感器節(jié)點協(xié)作才能進行目標的點定位，而單一個傳感器節(jié)點 則無法實現(xiàn)目標的運動軌跡信息獲取，限制了應用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi) 人體定位裝置。
[0004] 本發(fā)明的另一目的是提供一種基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi)人體定位裝置的實 現(xiàn)方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi)人體定位裝置，包括 熱釋電紅外傳感器節(jié)點，所述熱釋電紅外傳感器節(jié)點包括：
[0006] 第一熱釋電紅外傳感器單元，用于將檢測區(qū)域沿徑向進行環(huán)形劃分，并將檢測到 的信號輸出至微處理器；
[0007] 第二熱釋電紅外傳感器單元，用于將檢測區(qū)域劃分為至少兩個沿周向分布的扇形 檢測子區(qū)域，并將檢測到的信號輸出至微處理器；
[0008] 微處理器，用于對第一熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號和第二熱釋電紅外傳 感器單元所輸出的信號進行接收，然后根據(jù)第一熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而 獲得相對應的距離信息，以及根據(jù)第二熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而獲得相對 應的角度信息，接著，將獲得的距離信息和角度信息代入極坐標中，從而計算得出人體目標 位置的估計值；
[0009] 射頻單元，用于將計算得出的人體目標位置的估計值無線發(fā)射出去；
[0010] 所述第一熱釋電紅外傳感器單元的輸出端和第二熱釋電紅外傳感器單元的輸出 端均與微處理器的輸入端連接，所述微處理器的輸出端與射頻單元的輸入端連接。
[0011] 進一步，所述第一熱釋電紅外傳感器單元包括至少兩個第一熱釋電紅外傳感器模 塊，所述第一熱釋電紅外傳感器模塊包括第一菲涅爾透鏡、第一熱釋電紅外傳感器、第一放 大器以及第一比較器，所述第一菲涅爾透鏡上設有環(huán)形掩膜或圓形掩膜，所述第一菲涅爾 透鏡設置在第一熱釋電紅外傳感器的前方，所述第一熱釋電紅外傳感器的輸出端依次通過 第一放大器和第一比較器與微處理器的輸入端連接；
[0012] 所述至少兩個第一熱釋電紅外傳感器模塊中設置在第一菲涅爾透鏡上的環(huán)形掩 膜或圓形掩膜的半徑均不相同。
[0013] 進一步，所述第二熱釋電紅外傳感器單元包括至少兩個第二熱釋電紅外傳感器模 塊，所述第二熱釋電紅外傳感器模塊包括第二菲涅爾透鏡、第二熱釋電紅外傳感器、第二放 大器以及第二比較器，所述第二菲涅爾透鏡上設有扇形掩膜，所述第二菲涅爾透鏡設置在 第二熱釋電紅外傳感器的前方，所述第二熱釋電紅外傳感器的輸出端依次通過第二放大器 和第二比較器與微處理器的輸入端連接。
[0014] 進一步，其還包括：
[0015] 后臺處理器，用于當判斷人體目標從靜止狀態(tài)進入運動狀態(tài)時，利用卡爾曼濾波 器，從而對計算得出的人體目標位置的估計值進行濾波處理；當判斷人體目標從運動狀態(tài) 進入靜止狀態(tài)時，利用卡爾曼平滑器，從而對人體目標位置的估計值進行平滑處理；
[0016] 所述微處理器通過射頻單元與后臺處理器無線通訊連接。
[0017] 進一步，所述利用卡爾曼濾波器，從而對計算得出的人體目標位置的估計值進行 濾波處理，其具體包括：
[0018] 進行當前狀態(tài)的預測計算，并且其所采用的計算公式如下所示：
[0019] mk|k-i = Fkmk-i|k-1
[0020] Pk\k_i = Q
[0021] 其中，mklH表示為根據(jù)k-1時刻對k時刻目標位置均值的預測值，F(xiàn)k表示為第一系 統(tǒng)參數(shù)，mk-i|k-1表不為上一狀態(tài)輸出的最優(yōu)化估算值;Pk|k-1表不為根據(jù)k-Ι時刻對k時刻目 標位置協(xié)方差的預測值，Qk-1表不為k-1時刻系統(tǒng)過程的協(xié)方差，Pk-11 k-1表不為mk-11 k-1對應的 協(xié)方差；
[0022] 進行最優(yōu)化估算值的計算，并且其所采用的計算公式如下所示：
[0023] mk=mk|k-i+Kk(zk_Hkmk|k-1)
[0024] 其中，mk表示為當前狀態(tài)輸出的最優(yōu)化估算值，Kk表示為k時刻卡爾曼濾波器的增 益，zk表示為計算得出的人體目標位置的估計值，H k表示為第二系統(tǒng)參數(shù)；
[0025] 進行協(xié)方差的更新，并且其所采用的計算公式如下所示：
[0026] Pk = Pk|k-i-KkHkPk|k-i
[0027] 其中，Pk表示為k時刻對目標位置協(xié)方差的預測值。
[0028] 進一步，所述利用卡爾曼平滑器，從而對人體目標位置的估計值進行平滑處理，其 具體包括：
[0029] 對卡爾曼平滑器的均值估計值和方差估計值進行計算，并且其所采用的計算公式 如下所示：
[0030] msk=mk+Ck{mlx~mkm)
[0031] P：-Pk+CkXP^-P^k)Cl
[0032] 其中，表示為k時刻卡爾曼平滑器的均值估計值;Ck表示為k時刻卡爾曼平滑器 的增益；<fl表示為k+Ι時刻卡爾曼平滑器的均值估計值;mk+1|k表示為卡爾曼濾波器根據(jù)k 時刻對k+1時刻目標位置均值的預測值；i3/表示為k時刻卡爾曼平滑器的方差估計值； 表示為k+Ι時刻卡爾曼平滑器的方差估計值;Pk+1|k表示為卡爾曼濾波器根據(jù)k時刻對k+Ι時 刻目標位置協(xié)方差的預測值。
[0033] 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是:基于熱釋電紅外傳感器的室內(nèi)人體定位裝置的 實現(xiàn)方法，該方法包括：
[0034] A、用于將檢測區(qū)域沿徑向進行環(huán)形劃分的第一熱釋電紅外傳感器單元進行檢測 后，將檢測到的信號輸出至微處理器，以及用于將檢測區(qū)域劃分為至少兩個沿周向分布的 扇形檢測子區(qū)域的第二熱釋電紅外傳感器單元進行檢測后，將檢測到的信號輸出至微處理 器；
[0035] B、微處理器對第一熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號和第二熱釋電紅外傳感 器單元所輸出的信號進行接收，然后根據(jù)第一熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而獲 得相對應的距離信息，以及根據(jù)第二熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而獲得相對應 的角度信息，接著，將獲得的距離信息和角度信息代入極坐標中，從而計算得出人體目標位 置的估計值。
[0036] 進一步，所述步驟A之前還設有對第一熱釋電紅外傳感器單元進行設置的步驟以 及對第二熱釋電紅外傳感器單元進行設置的步驟；
[0037] 所述對第一熱釋電紅外傳感器單元進行設置的步驟，其具體為：
[0038] 根據(jù)第一編碼規(guī)則對第一熱釋電紅外傳感器單元中至少兩個的第一菲涅爾透鏡 進行環(huán)形掩膜或圓形掩膜的設置，從而令第一熱釋電紅外傳感器單元工作時，將檢測區(qū)域 沿徑向進行環(huán)形劃分以得到一個圓形檢測子區(qū)域以及至少一個環(huán)形檢測子區(qū)域，所述圓形 檢測子區(qū)域以及至少一個環(huán)形檢測子區(qū)域分別對應一個編碼；
[0039] 所述對第二熱釋電紅外傳感器單元進行設置的步驟，其具體為：
[0040] 根據(jù)第二編碼規(guī)則對第二熱釋電紅外傳感器單元中至少兩個的第二菲涅爾透鏡 進行扇形掩膜的設置，從而令第二熱釋電紅外傳感器單元工作時，將檢測區(qū)域劃分為至少 兩個沿周向分布的扇形檢測子區(qū)域，所述至少兩個扇形檢測子區(qū)域分別對應一個編碼。
[0041] 進一步，所述第一編碼規(guī)則為優(yōu)先編碼規(guī)則，所述第二編碼規(guī)則為格雷碼編碼規(guī) 則。
[0042] 本發(fā)明的有益效果是:通過結(jié)合上述的第一熱釋電紅外傳感器單元和第二熱釋電 紅外傳感器單元，單個傳感器節(jié)點便能夠?qū)ζ錂z測區(qū)域進行多自由度的劃分調(diào)制，然后根 據(jù)第一熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而獲得與其相對應的距離信息，以及根據(jù)第 二熱釋電紅外傳感器單元所輸出的信號從而獲得與其相對應的角度信息，接著將獲得的距 離信息和角度信息代入極坐標中，這樣便能計算得出人體目標位置的估計值，以實現(xiàn)室內(nèi) 人體的點定位。由此可得，通過使用本發(fā)明的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)僅采用單個傳感器節(jié)點便能進 行定位的目的，這樣則打破了傳統(tǒng)應用范圍的限制，在嚴格受限的資源條件下，能擴大應用 范圍。而且本發(fā)明的裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗低、配置靈活等優(yōu)點。
[0043]本發(fā)明的另一有益效果是:通過使用本發(fā)明的方法，能夠?qū)蝹€傳感器節(jié)點的檢 測區(qū)域進行雙自由度的劃分調(diào)制，然后根據(jù)第一熱釋電紅外傳感器單元和第二熱釋電紅外 傳感器單元所輸出的信號，從而獲得距離信息和角度信息，將它們代入極坐標中，這樣便能 計算得出人體目標位置的估計值，以實現(xiàn)室內(nèi)人體的點定位。由此可得，通過使用本發(fā)明的 方法，能夠?qū)崿F(xiàn)僅采用單個傳感器節(jié)點便能進行定位的目的，這樣則打破了傳統(tǒng)應用范圍 的限制，在嚴格受限的資源條件下，能擴大應用范圍。而且本發(fā)明的方法還具有步驟簡單、 易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明：
[0