基于热释电红外传感器网络的人体跟踪研究

论文摘要

人体跟踪是人体运动检测和景物理解的重要组成部分,它包括对人体运动进行识别和定位,在灾害救助、安防以及医疗监护方面,人体运动跟踪得到了较为广泛的应用。常见的人体跟踪技术主要有无线射频定位法、超声波测量法、A-GPS（辅助GPS技术）定位、基于图像序列的人体跟踪方法和主动式红外探测法。上述方法因为能耗和可移动性等因素限制,不适用于一些特殊环境,比如GPS无法进行室内定位。在“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项（2009ZX-03006-001-02）支持下,我们探讨一种被动式红外传感器人体跟踪方法,并应用于无线传感器网络（WSN）。热释电红外传感器对人体的红外辐射有特别的灵敏谱段,在区分人与非人运动目标上具有较强的优势,适合使用于人体定位跟踪领域。该传感器成本低、能耗低,市场应用前景广阔。论文主要工作包括设计基于热释电红外传感器的无线传感器网络定位跟踪方法、设计监控终端、系统实现并进行实验验证。论文中主要研究内容和方法可以归纳为：1.利用菲涅尔透镜阵列对红外传感器外围的空间可视区域（FOV: Field Of View）进行几何分割和标记编码,借助热释电红外传感器对不同区域探测到人体目标时反馈电平信号的不同响应编码来对应获取目标所在位置,从而实现人体跟踪。2.我们设计的人体跟踪实验系统包含4个红外模块从节点,1个主节点和1个PC主机,探讨了把计算工作量分布在从节点、主节点和主机,从而有效地控制计算和通信资源。3.本文对上述设计方案进行了实验验证,采集、处理并分析数据,通过实验验证了系统跟踪的性能与精度。通过相关滤波方法对跟踪数据进行后期处理,并展示了跟踪效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文组织结构与主要研究内容
• 1.3.1 本论文的组织结构
• 1.3.2 本论文的主要工作及研究成果
• 第二章 人体运动跟踪技术研究
• 2.1 人体运动跟踪概述
• 2.2 典型的人体运动跟踪技术
• 2.2.1 无线射频检测法
• 2.2.2 超声波测量法
• 2.2.3 A-GPS定位技术
• 2.2.4 基于图像序列的人体跟踪方法
• 2.2.5 主动式红外探测法
• 2.3 基于热释电红外传感器的人体运动跟踪方法
• 2.3.1 热释电红外传感器工作原理与特性
• 2.3.2 基于热释电红外传感器的人体运动检测与定位方法
• 2.3.2.1 俯视感知模式
• 2.3.2.2 侧视感知模式
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统模型与信号处理
• 3.1 热释电红外传感器建模
• 3.2 菲涅尔透镜阵列和可视性调制
• 3.3 分布式人体跟踪
• 3.3.1 单人跟踪数学模型
• 3.3.2 多人跟踪数学模型
• 3.4 信号处理
• 3.4.1 事件检测与事件数字化
• 3.4.2 事件注册
• 3.4.3 运动推理
• 3.4.4 贝叶斯跟踪用于轨迹平滑
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验系统设计与实现
• 4.1 硬件设计与实现
• 4.1.1 热释电红外传感器模块
• 4.1.2 Zigbee无线通信模块
• 4.1.3 传感器节点母板硬件实现
• 4.2 软件设计与实现
• 4.2.1 Zigbee通信协议
• 4.2.2 串口数据采集工具
• 4.2.3 PC监控终端软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 结果与讨论
• 5.1 仿真结果
• 5.2 实验结果
• 5.3 讨论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目