[发明专利]一种基于方位变化的PIR人体追踪方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于方位变化的PIR人体追踪方法和系统，属于信号处理领域。包括：采集装配有菲涅尔透镜阵列的多路PIR传感器输出信号，其中，PIR传感器部署于环境中的不同位置；利用逆滤波器对PIR传感器输出信号进行去噪处理后，提取观测区间内各传感器输出信号的波峰波谷，并利用各传感器输出信号的波峰波谷个数获取人体相对于各传感器的方位变化；建立关于人体位置和方位变化的状态方程和观测方程，并将状态方程和观测方程代入粒子滤波器框架，估计人体位置。本发明由于更深入地挖掘了PIR传感器原始信号中所包含的人员位置信息，因而可以得到对运动人员方位变化的准确估计，能够在降低传感器部署密度的同时，取得更高的定位精度。

技术领域

本发明属于信号处理领域，更具体地，涉及一种基于方位变化的PIR人体追踪方法和系统。

背景技术

室内人体定位跟踪技术是物联网的关键技术，也是智能监控、人体运动分析及行为识别等领域所涉及的基础技术，在医疗监护和安防等方面具有广泛的应用价值。

目前，传统的人体追踪方法大多基于摄像头或无线电设备来实现。然而，这两类系统在一些场景中并不适用。具体地讲，基于摄像头系统不适用于卧室等私密场景，因为其存在隐私泄露风险；基于无线电设备的系统不适用于对无线电通信环境要求较高的场景，因为其会干扰同频段的无线电通信。在上述场景中，基于PIR传感器(pyroelectricinfrared，热释电红外传感器，简称PIR)的系统可以满足用户要求。PIR传感器是一种基于热释电效应原理的被动式红外探测器，它能够检测出探测区域内的移动红外辐射源，实现运动人体的检测。由于其低成本、低功耗及环境适应性强等特点，被广泛应用于安防系统、照明控制及摄像机的辅助监控中。PIR传感器可以将探测到的运动人体的红外辐射转换连续电压信号输出，在该模拟信号中包含有与人体运动形态有关的特征信息，利用统计学方法或特征提取算法可以从中获取与人体某些特定动作(如行走、跑步、跳跃等)相对应的特征参量，从而设计实现一种基于热释电信息的人体追踪系统。

然而，现有的基于PIR传感器的定位方案，例如文献1(S.Narayana，R.V.Prasad，V.S.Rao，T.V.Prabhakar，PIR Sensors：Characterization and Novel LocalizationTechnique，International Conference on Information Processing in SensorNetworks，2015.)要求在场景中部署大量的PIR传感器，因而具有较高的硬件成本。于是，研究一种可大大降低传感器部署密度的PIR传感器定位方案具有重要意义。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于方位变化的PIR人体追踪方法和系统，旨在解决现有PIR传感器定位方案中传感器部署密度大、硬件成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于方位变化的PIR人体追踪方法，包括以下步骤：

采集装配有菲涅尔透镜阵列的多路PIR传感器输出信号，其中，所述PIR传感器部署于环境中的不同位置；

利用逆滤波器对所述PIR传感器输出信号进行去噪处理后，提取观测区间内各PIR传感器输出信号的波峰波谷，并利用各PIR传感器输出信号的波峰波谷个数获取人体相对于各个PIR传感器的方位变化；

建立关于人体位置和所述方位变化的状态方程和观测方程，并将所述状态方程和观测方程代入粒子滤波器框架，执行粒子滤波算法从而估计出所述人体位置。

进一步地，所述逆滤波器是通过单位冲击响应法测量所述PIR传感器的模型参数，然后利用所述模型参数设计得到。

进一步地，利用各PIR传感器输出信号的波峰波谷个数获取人体相对于各个PIR传感器的方位变化具体包括：

采用以下公式估计人体相对于各个PIR传感器的方位变化：