基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法

1.一种基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，其特征在于：具体为利用至少两个探测节点组成动态双元热释电传感器网络，从中任选其中一个探测节点作为原点、该探测节点与另一个探测节点的连线作为X轴建立二维坐标系，每个探测节点设置一个转台，每个转台上至少固定一组光电模块，光电模块包括一个双元热释电传感器和设于双元热释电传感器前方的红外透镜，转台的转速、探测节点数量以及每个转台的光电模块数量以保证动态双元热释电传感器网络探测运动目标出现至少四次为准；探测时记录热释电传感器输出的波形，利用图像差分法处理确定运动目标出现的时刻，根据运动目标出现的时刻和对应转台的转速计算出运动目标所处位置的方位角，从中任选四个时刻和对应方位角的数据，结合已知的运动目标的速度，利用几何关系列出包含有运动目标路径上某一点的坐标和运动目标运动路径斜率的未知数的方程，计算得出运动目标在这四个时刻所属时间段内的一条运动路径直线，通过多次计算另外选取包含四个时刻和对应方位角的数据，得出多条运动路径直线，从而大致确定运动目标完整路径曲线。
2.根据权利要求1所述的基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，其特征在于：所用转台的控制装置由一个可编程控制的步进电机及其控制器组成。
3.根据权利要求1或2所述的基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，其特征在于：记录热释电传感器输出的波形所用到的信号采集模块由一个低通滤波器、一个高精度放大器以及一个高通滤波器组成。
4.根据权利要求3所述的基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，其特征在于：计算四个时刻对应方位角并利用方程计算运动目标完整路径曲线数据处理工作利用单片机实现。

基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及红外定位追踪方法，具体为一种基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法。\n背景技术\n[0002] 目标定位目的是将目标从背景区域中提取出来，并根据某种方法获得目标坐标信息的过程。主要包括目标探测、定位两个过程。人体跟踪包括捕捉位移及身体的移动如运动人体的不同姿势及姿态等。目标定位技术可以分为两大类，主动式目标定位技术及被动式目标定位技术。主动式目标定位技术是通过主动发射信号，并用相应的接收装置接受反馈信号对目标进行定位的技术；被动式目标定位技术目标本身不发射信号，仅仅通过目标本身某种特征实现对目标的定位。常见到主动式目标定位方法包括无线射频定位法、主动式红外检测法、超声波测量法等。基于图像的目标定位法、声定位、GPS定位、基于红外热释电传感器的目标定位则属于被动式定位方法。热释电传感器可探测热体所辐射的红外线，实现探测范围内运动人体的检测。这种人体运动探测系统的制作成本非常低廉，在防盗报警方面有广泛的应用。在这类应用中，热释电传感器的输出信号通过双限比较电路，转化为开关量信号。但是，由于热释电传感器存在探测区域较小，精度不高，误警率高等问题，所以，热释电传感器在其他领域的应用并不多见。已有的利用热释电传感器对目标运动检测定位与识别的方法是将多个热释电传感器检测区域进行划分，当目标在不同区域运动时，不同的传感器可以感测到目标信号并进行输出，这些定位方法均为利用多个热释电传感器的感测区域的叠加对目标进行定位，需要的热释电传感器数量较多且装置复杂，并且这种方法只能将目标定位于某一区域，不能对目标准确定位，定位精度差。\n[0003] 现在已经研究出一种利用双元热释电传感器对周围区域进行动态探测的方法。动态使用双元热释电传感器探测周围区域，即将双元热释电传感器放置在一个转台上，探测该转台周围的区域，由于其背景不断变化，不同的背景物因其材质的不同其红外辐射值也不相同，双元热释电传感器的敏感元因为红外辐射值不停变化而输出波形，此波形的大小由相邻背景间红外辐射值差别的大小决定。在没有目标进入双元热释电传感器的感测区域时热释电传感器依然有波形输出，但同一区域内背景物的红外辐射值在短时间内变化不大，所以在没有目标进入传感器的感测区域时，双元热释电传感器输出的信号波形呈现周期性重复，一旦有目标进入探测区域，波形的出现不规则变化，即确定目标出现。\n发明内容\n[0004] 本发明为了解决现有的利用热释电红外传感器对运动目标定位装置复杂、精度差的问题，提供了一种基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法。\n[0005] 本发明是采用如下技术方案实现的：基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，具体为利用至少两个探测节点组成动态双元热释电传感器网络，从中任选其中一个探测节点作为原点、该探测节点与另一个探测节点的连线作为X轴建立二维坐标系，每个探测节点设置一个转台，每个转台上至少固定一组光电模块，光电模块包括一个双元热释电传感器和设于双元热释电传感器前方的红外透镜，转台的转速、探测节点数量以及每个转台的光电模块数量以保证动态双元热释电传感器网络探测运动目标出现至少四次为准；探测时记录热释电传感器输出的波形，利用图像差分法处理确定运动目标出现的时刻，根据运动目标出现的时刻和对应转台的转速计算出运动目标所处位置的方位角，从中任选四个时刻和对应方位角的数据，结合已知的运动目标的速度，利用几何关系列出包含有运动目标路径上某一点的坐标、运动目标运动路径斜率等未知数的方程，计算得出运动目标在这四个时刻所属时间段内的一条运动路径直线，通过多次计算另外选取包含四个时刻和对应方位角的数据，得出多条运动路径直线，从而大致确定运动目标完整路径曲线。\n[0006] 红外透镜的作用主要是提高热释电传感器的探测距离。在不加任何光学透镜时，红外热释电传感器的有效探测距离非常有限，不足2m；使用菲涅尔透镜时，其有效探测距离可扩展到10m左右；使用透过一定波长的红外透镜时，其有效探测距离可得到进一步的扩展，达到30m~50m左右；如若利用光路特点，设计复杂的透镜组，则将使得探测距离得到进一步提高。\n[0007] 图像差分法是运动目标检测方法中最直接、最简便的一种方法。将当前帧图像与背景图像做减法运算，背景图像为没有运动目标出现时的双元热释电传感器输出波形，当前帧图像为有运动目标出现时的双元热释电传感器输出波形，相减后所得结果中每一像素值和预先设定的阈值比较，如果像素值大于阈值，就判定背景中存在运动物体，从而得到运动目标出现的时刻。\n[0008] 运动目标所处位置的方位角具体为运动目标被探测到时，运动目标与探测到运动目标的探测节点作一条连线，该连线与x轴的夹角称为运动目标所处位置的方位角。\n[0009] 运动目标的速度为已知数据，具体为将四个时刻所属时间段（即从四个时刻中的最早时刻到最晚时刻的一段时间）内的运动目标的运动近似为匀速直线运动。利用四个时刻的数据确定一条直线。若另选其他四个时刻，可以计算出不同的运动路径直线。双元热释电传感器网络探测运动目标出现次数越多，可以计算出的运动路径直线数量越多，也就是最终确定的运动目标运动路径曲线越精确。\n[0010] 本发明的有益效果如下：利用若干旋转的双元热释电传感器作为探测节点构成动态双元热释电传感器网络，实现了对运动目标的定位和追踪。本发明利用了红外透镜和双元热释电传感器的组合功耗小、成本低，不同于利用多个热释电传感器的感测区域的叠加对目标进行定位，需要的热释电传感器数量少，利用少量节点就可以实现大面积的定位，且定位精度高。\n附图说明\n[0011] 图1为动态双元热释电传感器网络几何关系示意图。\n具体实施方式\n[0012] 基于动态双元热释电传感器网络的运动目标定位方法，具体为利用至少两个探测节点组成动态双元热释电传感器网络，从中任选其中一个探测节点作为原点、该探测节点与另一个探测节点的连线作为X轴建立二维坐标系，每个探测节点设置一个转台，每个转台上至少固定一组光电模块，光电模块包括一个双元热释电传感器和设于双元热释电传感器前方的红外透镜，转台的转速、探测节点数量以及每个转台的光电模块数量以保证动态双元热释电传感器网络探测运动目标出现至少四次为准；探测时记录热释电传感器输出的波形，利用图像差分法处理确定运动目标出现的时刻，根据运动目标出现的时刻和对应转台的转速计算出运动目标所处位置的方位角，从中任选四个时刻和对应方位角的数据，结合已知的运动目标的速度，利用几何关系列出包含有运动目标路径上某一点的坐标、运动目标运动路径斜率等未知数的方程，计算得出运动目标在这四个时刻所属时间段内的一条运动路径直线，通过多次计算另外选取包含四个时刻和对应方位角的数据，得出多条运动路径直线，从而大致确定运动目标完整路径曲线。\n[0013] 具体实施过程中，所用转台的控制装置由一个可编程控制的步进电机及其控制器组成。控制器根据实际需要控制步进电机的转动速度及转动方式。记录热释电传感器输出的波形所用到的信号采集模块由一个低通滤波器、一个高精度放大器以及一个高通滤波器组成。计算四个时刻对应方位角并利用方程计算运动路径曲线等数据处理工作利用单片机实现。转台的转速、探测节点数量以及每个转台的光电模块数量。\n[0014] 实施例1\n[0015] 如附图所示， （0,0）为作为原点的探测节点， （d，0）为另一个探测节点，直线为x轴，运动目标出现时刻分别为 、 、 、 ，其中 和 是由 探测节点测出的， 时刻对应的方位角为 、 时刻对应的方位角为 、其中 和 是由 探测节点测出的， 时刻对应的方位角为 、 时刻对应的方位角为 ， 为运动目标运动路径的斜率对应的夹角， 为运动目标路径上的某一点坐标，为运动目标已知速度。以人体作为运动目标时，可以以成人正常行走速度1.1m/s~1.3m/s作为 来计算，误差不大。\n[0016] 根据以下关系式：\n[0017] \n[0018] \n[0019] \n[0020] \n[0021] \n[0022] \n[0023] \n[0024] \n[0025] \n[0026] \n[0027] \n[0028] 可以得出以下三个方程，\n[0029] \n[0030] \n[0031] \n[0032] 可以求出 、 三个变量，即得到该时间段内运动目标的运动路径直线。