[发明专利]一种基于物联网的红外传感器室内人体目标跟踪系统

说明书

本发明涉及一种基于物联网的红外传感器室内人体目标跟踪系统。搭建基于Contiki系统的物联网传感器平台，既可以通过串口进行现场测试也可以通过以太网卡进行远程测试，解决了传统传感器网络只能现场测试的局限；设计了侧视‑俯视红外传感器网络全方位感知模型，综合使用双层设计的侧视节点和检测区域近似同心圆环的俯视节点，以得到人体目标的位置信息；结合传感器测线交叉法和检测区域划分，对人体目标进行定位，降低了系统安装难度及计算量；采用卡尔曼滤波算法对轨迹进行平滑处理，进一步将目标的运动跟踪轨迹与目标模型进行匹配，实现人体目标跟踪；根据目标的跟踪信息、运动模型以及实际场景的布置，进行人体目标的行为推断和预测。

技术领域

本发明涉及一种人体目标跟踪系统，具体而言是一种基于物联网的红外传感器室内人体目标跟踪系统。

背景技术

近年来，人体目标跟踪技术不断发展并成功应用于军事和民用领域，在预警和安防检测方面具有广泛的应用前景。目前人体目标跟踪多使用视频以及图像处理的方法，通过提取目标的图像特征实现跟踪，为此需要高清晰度的摄像机、较大的存储空间和高性能处理器，跟踪系统价格贵，且对光线等环境因素要求高，在能见度低时，基于可见光的目标感知和跟踪将难以实现。此外，基于视频的人体目标跟踪需要对人的面部和动作等具体图像特征进行保存，在某些场合存在安全隐私问题。而热释电红外传感器作为一种低成本、便于大量生产的被动式红外传感器，对光线等环境因素没有过多要求，且不涉及侵犯隐私，非常适合人体目标的跟踪。但是该传感器只能获取目标方位信息，缺乏距离信息，因此有必要采用分布式网络化布局，巧妙设计传感器检测模型，利用多传感器协同感知，实现对人体目标定位和跟踪。

在分布式数据采集领域，具有低功耗、低成本和自组网特点的无线传感器网络被广泛使用。但是现有的无线传感器网络大多采用Zigbee系统，只可在传感器之间完成通讯，无法与互联网直接通讯，因此只能在现场进行数据的采集。而Contiki系统是专门针对物联网和无线传感器网络设计的操作系统，其中包括uIP协议栈，可以和互联网进行无缝连接，既可进行现场数据采集，也可通过互联网进行远程数据采集。目前用于室内人体目标跟踪的无线传感器网络节点，均采用红外传感器结合菲涅尔透镜的俯视感知方式或者侧视感知方式。现有的侧视感知系统中，要么节点体积小而视场过大，导致人体目标跟踪精度低，要么为了细化视场而特制节点，节点体积过大不便于安装。另外，采用单一的侧视感知，可能会出现人体目标遮挡问题。而采用单一的俯视感知，为了提高定位精度需要安装很多节点以细化检测区域，节点数量多，增加了安装难度和处理数据的计算量。为此，需要对目前的红外感知方式进行全新的设计，在系统尺寸、安装难度、定位精度和计算量之间做到权衡和优化。

本发明根据侧视和俯视两种感知方式的特点和局限性，提出了一种侧视-俯视相结合的红外传感器网络室内人体目标跟踪系统。其中侧视红外传感器节点采用红外传感器配备光学反射装置，通过传感器的合理部署，在降低体积的同时达到了进一步细化视场的目的。为了解决人体目标遮挡问题，辅助使用了少量俯视红外传感器节点，并且将俯视感知的传感器视场区域划分与侧视感知的测线交叉法相结合，在获取更多定位信息的同时降低计算量。

发明内容

本发明提出一种基于物联网的红外传感器室内人体目标跟踪系统，包括物联网传感器平台的搭建、侧视-俯视红外传感器网络全方位感知模型的设计、人体目标的定位和跟踪以及结合实际场景的人体目标行为预测。

基于Contiki系统的物联网传感器平台的搭建是进行数据采集和数据传输的基础，平台包括多个信息采集节点和一个汇聚节点，信息采集节点将采集到的信息发送给汇聚节点，汇聚节点将接收到的信息通过串口或者直接与互联网进行连接传递到上位机，通过进一步信息处理实现现场或者远程人体目标的跟踪和行为预测。

进一步地，信息采集节点包含红外传感器模块、单片机模块、射频模块和电源模块，汇聚节点包含单片机模块、射频模块、串口模块、以太网卡模块和电源模块。