專利名稱：一種用于測量手部運(yùn)動速度的非接觸式靜電探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式手部運(yùn)動速度測量方法，尤其涉及一種用于測量手部運(yùn)動速度的非接觸式靜電探測方法，屬于靜電探測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于反恐偵察、安防監(jiān)控、醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域的人體監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展方向是研究具有抗干擾性能好、虛警率低、工作死角區(qū)小、邏輯算法簡單以及系統(tǒng)布設(shè)方便的新體制探測技術(shù)。人體探測技術(shù)在反恐監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛的重要應(yīng)用，如隨時掌握獨(dú)居人員在居住場所的活動狀態(tài)。目前紅外探測及圖像模式識別技 術(shù)在人體探測領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。紅外探測技術(shù)利用人體的紅外輻射信號來感知人體目標(biāo)的存在，但是由于室內(nèi)存在加熱、照明等發(fā)射紅外信號的設(shè)備，同時在室外環(huán)境中存在光照等紅外輻射源，使得該技術(shù)的虛警率偏高。另外紅外探測技術(shù)只能探測到人體目標(biāo)是否存在，而無法識別目標(biāo)的姿態(tài)動作；圖像模式識別技術(shù)常用于識別人體的姿態(tài)動作，但是在攝像頭的視頻死角區(qū)域無法發(fā)揮作用，此外為了排除非人體目標(biāo)的干擾，圖像模式識別技術(shù)需要采用復(fù)雜的邏輯算法設(shè)計。靜電探測技術(shù)利用運(yùn)動中物體所帶的靜電實現(xiàn)對目標(biāo)的探測識別?！癟riboelectrification of houseflies(Musca domestic L. )walking on syntheticdielectric surfaces，，Mcgonigle D F, Jackson C W and Davidson J L 2002J. Electrostat. 54 167-177中首次提出對爬行中的昆蟲進(jìn)行靜電探測的方法。受此啟發(fā)，“Electrification of human body by walking^icker T 2006 J. Electrostat. 64 10-16通過安裝在人身體上的靜電計對運(yùn)動中人體電勢的變化進(jìn)行了研究。由于一切運(yùn)動的物體都會帶上靜電，因此將靜電探測方法應(yīng)用于識別人體是可行的，國內(nèi)外均未將非接觸式靜電探測方法應(yīng)用于人體識別?！癆n adaptive Kalman-based Bayes estimation technique to classifylocomotor activities in young and elderly adults through accelerometers，，R.Muscillo, M. Schmid, S. Conforto and T. D，Alessio, Med. Eng. Phys. 32,849-859(2010)、“Detection of pedestrians in far-infrared automotive night vision usingregion-growing and clothing distortion compensationR. Oj Malley, E. Jonesa,and M. Glavin, Infrared.Phys. Techn. 53,439-449(2010)、“Human detection using amobile platform and novel features derived from a visual saliency mechanism^S.Montabone, and A. Soto, Image. Vision. Comput. 28, 391-402 (2010)中分別通過在人體手部安裝傳感器、紅外探測技術(shù)及圖像模式識別技術(shù)實現(xiàn)對人體手部的測速。然而由于室內(nèi)存在加熱、照明等發(fā)射紅外信號的設(shè)備，同時在室外環(huán)境中存在光照等紅外輻射源，使得應(yīng)用于人體手部運(yùn)動測速的紅外探測技術(shù)的誤差率偏高。圖像模式識別技術(shù)常用于對人體運(yùn)動速度的測量，但是在攝像頭的視頻死角區(qū)域無法發(fā)揮作用，此外為了排除非人體目標(biāo)的干擾，圖像模式識別技術(shù)需要采用復(fù)雜的邏輯算法設(shè)計；穿戴式傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有效地測量人體手部的運(yùn)動速度，但由于需要將探測器安裝在人體手部上，存在著使用不方便的缺陷，同時將會對人體手部的運(yùn)動狀態(tài)造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是利用非接觸式靜電探測方法測量人體手部運(yùn)動速度，同時解決人體手部運(yùn)動探測技術(shù)存在的工作死角區(qū)大和探測系統(tǒng)與邏輯算法設(shè)計復(fù)雜的問題。本發(fā)明公開了一種用于測量人體手部運(yùn)動速度的非接觸式靜電探測方法，該方法將非接觸式靜電探測技術(shù)應(yīng)用于對人體手部運(yùn)動速度的測量中，可減小人體手部速度測量技術(shù)的工作死角區(qū)，降低人體手部運(yùn)動測速探測系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明公開的一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法具體實現(xiàn)步驟如下步驟一布設(shè)能檢測到人體手部運(yùn)動靜電信號的多極板探測陣列，所述探測陣列包括至少一組多極板探測單元；多極板探測單元由四個極板組成，四個極板分成兩對，兩對極板間的連線互相垂直，每對極板間距離為d，d < 20cm,四個極板位置布置呈正方形；極板間距離為d相對于人體手部運(yùn)動距離較小，分析的運(yùn)動距離d所用的時間相對于人體手部運(yùn)動時間較小，因此測得的速度即為人體實時運(yùn)動速度；步驟二 采集監(jiān)測環(huán)境中的靜電信號，所述的靜電信號是每個時刻探測系統(tǒng)獲取的靜電感應(yīng)信號電勢值；步驟三將該采集到的靜電感應(yīng)信號電勢值與預(yù)設(shè)判據(jù)對比，如果該靜電感應(yīng)信號與該預(yù)設(shè)判據(jù)相同，則認(rèn)為檢測到了人體手部運(yùn)動的存在；步驟四記錄步驟二中檢測到的人體手部運(yùn)動在每個極板上所產(chǎn)生的靜電感應(yīng)信號的波峰值，讀取每個極板上緊隨波峰值的過零點(diǎn)時刻；定義中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板與其相對的極板組成極板對一，極板對一中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板為極板1，另一個極板為極板2;另一對極板為極板對二，極板對二中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板為極板4，另一個極板為極板3 ;分別讀取多極板探測單元中極板I,極板2，極板3，極板4采集到的緊隨波峰值的過零點(diǎn)時刻^ t2, t3, t4 ；步驟五:根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一布設(shè)能檢測到人體手部運(yùn)動靜電信號的多極板探測陣列，所述探測陣列包括至少一組多極板探測單元；多極板探測單元由四個極板組成，四個極板分成兩對，兩對極板間的連線互相垂直，每對極板間距離為d，四個極板位置布置呈正方形； 步驟二 采集監(jiān)測環(huán)境中的靜電信號，所述的靜電信號是每個時刻探測系統(tǒng)獲取的靜電感應(yīng)信號電勢值； 步驟三將該采集到的靜電感應(yīng)信號電勢值與預(yù)設(shè)判據(jù)對比，如果該靜電感應(yīng)信號與該預(yù)設(shè)判據(jù)相同，則認(rèn)為檢測到了人體手部運(yùn)動的存在； 步驟四記錄步驟二中檢測到的人體手部運(yùn)動在每個極板上所產(chǎn)生的靜電感應(yīng)信號的波峰值，讀取每個極板上緊隨波峰值的過零點(diǎn)時刻；定義中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板與其相對的極板組成極板對一，極板對一中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板為極板(I)，另一個極板為極板(2);另一對極板為極板對二，極板對二中首先探測到靜電感應(yīng)信號的極板為極板(4)，另一個極板為極板(3);分別讀取多極板探測單元中極板(I)，極板(2)，極板(3)，極板(4)采集到的緊隨波峰值的過零點(diǎn)時刻t” t2, t3, t4 ；； 步驟五:根據(jù)公
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法，其特征在于步驟三中所述的預(yù)設(shè)判據(jù)為采集到的靜電感應(yīng)信號的幅值先由小變大，隨后又由大變?。徊杉降撵o電感應(yīng)信號具有周期連續(xù)性，每個周期內(nèi)的靜電感應(yīng)信號均出現(xiàn)兩個波峰，其中后一個波峰的幅值小于前一個波峰的幅值的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法，其特征在于所述的探測系統(tǒng)包括探測極板、電荷放大器、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、低通濾波器和數(shù)據(jù)采集儀；探測極板獲取靜電感應(yīng)電荷量，電荷量的變化產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電流經(jīng)過電荷放大器后幅值得到放大，放大后的電流值經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱葜担o電感應(yīng)電勢值隨后經(jīng)過低通濾波電路去除噪聲；數(shù)據(jù)采集儀將濾波后的靜電感應(yīng)電勢值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲下來。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法，其特征在于步驟一中所述的每對極板間距離d ( 20cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于測量人體手部速度的非接觸式靜電探測方法，其特征在于步驟三中多極板探測陣列包括多個多極板探測單元，多極板探測單元的數(shù)量及布陣方式根據(jù)實際探測目標(biāo)區(qū)域需要而定；步驟一中所述的每對極板間距離d ( 20cm。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種用于測量人體手部運(yùn)動速度的非接觸式靜電探測方法，涉及一種非接觸式手部運(yùn)動速度測量方法。本發(fā)明包括如下步驟步驟一布設(shè)能檢測到人體手部運(yùn)動靜電信號的多極板探測陣列；步驟二采集監(jiān)測環(huán)境中的靜電信號；步驟三將該采集到的靜電感應(yīng)信號電勢值與預(yù)設(shè)判據(jù)對比；步驟四記錄步驟二中檢測到的人體手部運(yùn)動在每個極板上所產(chǎn)生的靜電感應(yīng)信號的波峰值，讀取每個極板上緊隨波峰值的過零點(diǎn)時刻；步驟五根據(jù)公式即可獲得人體手部的運(yùn)動速度。本發(fā)明將非接觸式靜電探測技術(shù)應(yīng)用于對人體手部運(yùn)動速度的測量中，可減小人體手部速度測量技術(shù)的工作死角區(qū)，降低人體手部運(yùn)動測速探測系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度。
文檔編號A61B5/11GK102764130SQ20121022987
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者唐凱, 崔占忠, 李鵬斐, 陳曦 申請人:北京理工大學(xué)