基于热释电红外探测器的人体方位及动作形态检测系统设计

摘要

人体检测是目前科研工作者研究的热门方向之一，不管在国防军事领域、还是在城市安防等与广大民众息息相关的生产生活中，都有着重要的研究价值和广泛的应用前景。热释电红外(PIR,Passive Infrared)探测器，因其灵敏度高、功耗低、性能稳定、成本低廉等优势，被广泛应用于自动入侵、人体特征识别、方位检测等领域，本文在研究了前人相关设计的基础上，通过硬件设计搭建实验平台进行了大量的数据采集和分析，通过时域及频域算法设计，确定了最终方案，成功实现了运动人体定位和简单运动形态检测。
　　从定位精度、定位范围、稳定性、功耗、成本等多方面因素考虑，热释电PIR探测器是实现人体定位最合适的传感器之一。设计中，通过光学透镜调制和加外部结构的方式，减小传感器的感应视场，以提高传感器感应的方向性，增强聚光能力，以拉长传感器的探测距离，完成了大范围定位。搭建了实验平台，对热释电PIR探测器感应的不同人体动作的信号进行了时域和频域上的特征提取，通过仿真和实验，分析了实现走、跑、跳、蹲四个动作识别的可行性，设计了滤波和动作识别算法，以从踏步过程中跳跃动作的提取和计步为例，进行了算法验证。并通过改变安装高度、实验者距离、走路姿势等参数和实验条件，研究外部条件对感应结果的影响。通过设计实验，验证了红外感应单元的最远探测距离可以达到45m，并且得出了红外感应单元的感应视场范围图。通过户外实验，验证人体目标的方位及动作形态的检测。
　　已有的热释电PIR探测器人体检测系统都是只能实现目标定位，或是只能对运动形态进行2-3m范围内的检测，本设计不仅实现了远距离人体目标定位，而且同时实现了对12m范围内目标的简单动作检测。设计稳定性高，功耗低，且抗干扰能力强，具有重要的理论意义和使用价值。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 人体检测典型方法概述

1.3 热释电PIR探测器用于人体检测的研究现状

1.4 本文工作及安排

2 热释电PIR探测器原理及实验系统总体设计

2.1 红外辐射原理及红外探测器

2.2 热释电PIR探测器原理及特性

2.3 实验系统设计

2.4 本章小结

3 红外感应单元设计及可行性分析实验

3.1 红外感应单元设计

3.2 模拟信号处理模块设计

3.3 方案可行性分析

3.4 本章小结

4 人体动作形态信号分析

4.1 数字信号处理模块设计

4.2 参数变化信号采集实验

4.3 信号处理及动作识别算法介绍

4.4 本章小结

5 定位算法设计及实验验证

5.1 红外感应单元最远距离测试实验

5.2 红外感应单元探测方向性实验

5.3人体方位检测算法设计

5.4 两个红外感应单元定位实验及误差分析

5.5 本章总结

6 总结与展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢