[发明专利]双毫米波雷达人体跌倒检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种双毫米波雷达人体跌倒检测装置及检测方法，所述装置包括两个垂直设置的多通道毫米波雷达、信号处理模块和自动特征提取与识别模块，毫米波雷达用于检测人体的姿态信息，信号处理模块用于对人体姿态信息进行处理得到融合时频域图像，自动特征提取与识别模块用于提取融合时频域图像的特征值，进而对人体姿态进行识别，得到人体的跌倒信息；本发明隐私保护性良好，对人体跌倒的检测结果更加准确。

技术领域

本发明属于信号与信息处理技术领域，涉及一种双毫米波雷达人体跌倒检测装置及检测方法。

背景技术

当前世界人口老龄化问题日益加剧，根据世界卫生组织最新发布的老龄化问题报告，预计到2050年60岁以上人口将达到世界总人口的20％，特别是中国等亚洲国家，老龄化人口比例将高达40％，人口老龄化将带来一个突出社会问题就是居家老人的健康护理问题，据世界卫生组织统计，65岁以上老人每年跌倒概率超过28％，跌倒也是造成79岁以上老人死亡的主要原因，一方面是跌倒本身造成的伤害，如骨折、软组织挫伤等，另一方面是老人跌倒后未能及时发现、及时就医引起的并发症，如心脏震荡、脑血栓等，因此迫切需要研究人体跌倒检测的有效方法。

针对人体跌倒检测的研究主要分为三类，第一类是基于可穿戴传感器的室内跌倒检测技术，此类技术通过佩戴在人体或嵌入人体的各类传感器检测人体姿态，从而判断是否出现跌倒事件，典型的有惯性传感器(速度、加速度和陀螺仪)、压力传感器、振动等，该方法具有灵敏度高、实时检测性好等特点，然而该方法是侵入式的，必须携带或穿戴，携带式传感器通常对用户不友好，容易受到损坏，且按钮式报警设备不适合有认知障碍的患者或老年人使用；第二类是基于视频/图像传感器的室内跌倒检测技术，此类检测系统通过高分辨率相机记录一系列人体活动图像/视频，采用动作分类算法对图像/视频进行处理，可以有效检测人体跌倒，但安装摄像头会涉及到侵犯隐私，尤其是卫生间、浴室、卧室等区域，而这些区域又是极易生跌倒的场所，环境中的水雾、灰尘等也会影响摄像头的检测效果，所以对其应用有一定限制；第三类是基于雷达探测人体运动的跌倒检测技术，其利用人体运动会引起雷达回波信号频率发生变化(即多普勒效应)的原理进行检测，具有非接触、隐私保护性好，能穿透雾气等优势，是一种非常具有应用潜力的跌倒检测手段。然而对人体跌倒动作的雷达回波信号进行时频域表征时，高频分量强度较弱，使用短时傅里叶变换的表征方法在高多普勒频率下的时宽测量精度受时间分辨率的影响；另外，传统的单毫米波雷达检测方式存在检测盲区，当人体跌倒方向沿雷达波束方向的切向时，其多普勒域信号能量更加微弱，受噪声影响严重，难以识别。

发明内容

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种双毫米波雷达人体跌倒检测装置，该装置结构简单，无需与人体接触即可准确检测人体跌倒情况，隐私保护性良好，在水雾、灰尘等复杂环境中也能对人体跌倒进行准确检测。

本发明实施例还提供一种双毫米波雷达人体跌倒检测方法，利用时频域分析方法，在低信噪比条件下，实现有效反映人体跌倒动作的雷达信号特征增强，同时利用双毫米波雷达的时频信息融合和基于深度学习的自动特征提取方法，实现对人体姿态的精确识别。

本发明实施例所采用的技术方案是，双毫米波雷达人体跌倒检测装置，包括两个毫米波雷达、信号处理模块和自动特征提取与识别模块；

所述毫米波雷达，用于发射检测信号，接收人体反射的回波信号，并对其进行预处理得到多路回波数字信号；

所述信号处理模块，用于对多路回波数字信号进行数字波束形成、FFT运算、Stockwell变换和加权数据融合得到融合时频域图像；

所述自动特征提取与识别模块，用于提取融合时频域图像的特征值，进而对人体姿态进行识别，获得人体的跌倒情况。

进一步的，所述毫米波雷达为多输入多输出的多通道毫米波雷达，所述两个毫米波雷达在检测区域内呈90°放置。

进一步的，所述自动特征提取与识别模块包括依次连接的图像输入层、中间层、全连接层和输出层；