[发明专利]基于双通道红外信息融合的人体动作识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体动作识别方法。特别是涉及一种将热释电传感器和红外摄像头相结合对人体动作进行识别的基于双通道红外信息融合的人体动作识别方法。能够对人的行为动作做出分析、判断和识别，从而辅助安全职守人员及时做出响应。

背景技术

对人体动作识别的相关研究具有重大的应用价值和研究意义，国外很多著名高校、公司以及研究机构都围绕该课题开展了一系列的探索和研究，例如美国麻省理工学院、卡内基梅隆大学等国外知名高校组建了基于计算机视觉和多媒体控制的实验室；Nice和ObjectVideo等公司也已经相继开发出了一些用于机场、国防线以及其他安全性场所的数字智能监控系统；国内虽然在这一领域的研究开始较晚，但是一些科研机构和院所的学者也已经开始了对人体运动分析领域的研究并取得了一定的成果。

近年来，基于红外热成像的人体动作识别正逐渐成为智能视频监控中十分活跃的课题，人体的热辐射特性与环境背景热辐射存在一定的差异，其对应的红外热成像区域与环境呈现出不同的灰度表现，而且基于红外视频的人体动作检测对各种人体动作普遍适用。因此利用红外摄像头在昼间和夜间对人体目标进行监视已经成为连续视频监控系统不可缺少的重要组成部分。但是目前存在的人体运动分析算法在红外图像中表现不佳，特别是红外图像本身固有的特点，如低对比度、低信噪比、无法校验的黑白极性反转以及人体周围易出现的光晕效应等，使得红外图像中人体目标的检测、跟踪和行为识别依然是一个极具挑战性的课题。

此外，热释电传感器利用热释电效应，通过探测人体运动时红外辐射能量的变化，可以实现对人体运动的检测。热释电传感器只获取探测目标的运动信息，信息获取简单精准，而且信号分析和处理算法相对比较简单，成本较低，这使得利用热释电传感器进行人体动作识别更是成为一个非常有突破性而且具有理论和实际价值的研究方向。

当处于探测区域内的人体运动时，热释电元件表面接收到变化的红外信号，从而产生相应的电信号输出。如果人体静止，则热释电传感器输出为零。实际上，热释电传感器探测到的人体红外能量变化信号，与人体运动形态之间形成了一个很好的对应关系，热释电红外信号中包含有丰富的与人体运动形态相关的动作频率、幅度、方位等多项信息，不同动作的热释电信号有明显的差异。但热释电传感器只对比较简单的动作形态有较好的响应。

研究表明，热释电传感器输出信号中含有被检测对象的运动方向信息。移动人体在通过由菲涅尔透镜形成的空间交替的监控区域时，从一个方向到另一个方向移动和按相反方向移动时的热释电红外传感器上积累了电荷，而且产生的电信号的方向成对称状态。可以从这些信号的起始沿（或过零点）来判断物体的方向。导致这种情况发生原因是使用的热释电红外传感器中的两个敏感元是串联的，同时接收到红外辐射信号的顺序是依次的，这两个敏感元的电极化方向正好相反，一个产生正向电信号，一个产生负向电信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对人的行为动作做出分析、判断和识别，从而辅助安全职守人员及时做出响应的基于双通道红外信息融合的人体动作识别方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于双通道红外信息融合的人体动作识别方法，包括如下阶段：

1）分别使用红外摄像头采集人体运动视频图像，使用热释电红外传感器采集人体运动电压信号；

2）对采集到的人体运动视频图像和人体运动电压信号分别进行特征提取，其中，从人体运动视频图像中得到人体轮廓能量，从人体运动电压信号中得到频谱特征；

3）分别对人体轮廓能量和频谱特征进行主成分分析；

4）将主成分分析结果在特征层上融合；

5）采用支持向量机的方法并结合人体红外动作数据库相应数据对融合后的特征进行分类识别。

所述的从人体运动视频图像中得到人体轮廓能量包括如下步骤：

（1）采用混合高斯模型的背景减除法来进行红外图像中运动人体目标的检测；

（2）对检测到的运动人体目标进行形态学处理；

（3）对运动人体目标进行轮廓提取并进行轮廓等距采样；

（4）得到人体轮廓能量图。

所述的对运动人体目标进行轮廓提取是采用目标邻域点边界跟踪算法进行，具体包括：

（i）确定起始点。起始点的选择准则规定为：按从左到右，从下到上的顺序搜索，找到第一个黑点；

（ii）从起始点开始，定义初始的搜索方向为左上方；

（iii）若该方向上的邻点为黑点，则将该黑点标记为边界点；