使用無源單像素?zé)醾鞲衅飨到y(tǒng)的動作和姿勢識別的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱傳感器，并且尤其涉及一種紅外傳感近程檢測器。
【背景技術(shù)】
[0002]動作檢測器通常使用無源紅外(IR)傳感器，該無源紅外傳感器檢測來自移動的個(gè)人或者其他溫?zé)嵛矬w的熱量并且生成電信號。這樣的檢測器通常包括熱電材料以及通常稱為菲涅爾透鏡的多調(diào)制光學(xué)器件，該多調(diào)制光學(xué)器件將光交變聚焦到兩個(gè)熱電元件上。如果入射的熱通量隨時(shí)間改變，則熱電元件生成電信號。熱電檢測器因此通過對在一定典型頻率范圍上出現(xiàn)的動作敏感而作為自然電氣高通濾波器。根據(jù)傳感元件的大小的不同，截止頻率對于較大的元件大小可以低至0.4Hz或者對于較小的元件可以較高。典型地，個(gè)人的動作發(fā)生在大約0.4Hz至4Hz的范圍內(nèi)，所以通常將近程檢測器中的元件和信號處理單元調(diào)諧至該范圍。數(shù)十年來，熱電紅外(IR)檢測器被認(rèn)為是光開關(guān)和告警單元的動作傳感的最簡單途徑，這是因?yàn)闊犭娂t外檢測器傳送高信號電平，該高信號電平隨后可以由可用的模擬電子設(shè)備處理。
[0003]最近，單像素?zé)醾鞲衅鞅婚_發(fā)用于與多元件調(diào)制光學(xué)器件共同檢測響應(yīng)于穩(wěn)態(tài)熱通量(直流DC)的頻率，該多元件調(diào)制光學(xué)器件對傳感器的整個(gè)視場(field-of-view，F(xiàn)0V)上的信號進(jìn)行調(diào)制。這樣的設(shè)備能夠?qū)h(yuǎn)遠(yuǎn)更寬的頻率范圍內(nèi)甚至是DC的動作進(jìn)行檢測，對DC動作的檢測對應(yīng)于靜止物體的檢測(“存在檢測”)，或者對更高的頻率的動作進(jìn)行檢測，這又允許對擺手或其他姿勢之類的更快的人體動作進(jìn)行檢測。
[0004]在此之前，姿勢識別技術(shù)通常被劃分為成像技術(shù)和非成像技術(shù)。成像技術(shù)通常使用將FOV映射到各個(gè)像素上的具有光學(xué)器件的多像素傳感器，所以能夠借助于圖像處理方法來評估動作和姿勢。盡管許多的成像方法在二維平面內(nèi)評估動作時(shí)，但還能夠通過包括深度信息來實(shí)現(xiàn)三維成像，這能夠通過諸如渡越時(shí)間、立體圖像、結(jié)構(gòu)光模式識別或其他方法之類的各種方法來獲得。
[0005]較少的非成像姿勢識別技術(shù)被使用。一種非成像技術(shù)使用電場，在電場中借助于在傳感器平面內(nèi)的電容式檢測器陣列來檢測改變。另一種非成像方法使用了從IR發(fā)光二級管(IR LED)發(fā)射出的紅外光束的反射。該光束被物體反射并且由一個(gè)或更多光電二極管檢測。這些非成像方法包含多像素傳感器或者多電極傳感器。非成像技術(shù)方案并不產(chǎn)生場景的圖像，這是因?yàn)樘囟‵OV塊與一定的檢測器像素之間沒有限定關(guān)系。
[0006]對非成像傳感設(shè)備的輸出中的頻率模式的分析是已知的。例如，常被用在移動設(shè)備中以檢測移動設(shè)備運(yùn)動的慣性傳感器可以具有軟件，該軟件尋找頻率和幅度模式并且尋找某一檢測的物理動作的指紋。同樣地，軟件例如能夠確定攜帶該移動設(shè)備的用戶是在步行、開車還是乘坐火車。僅僅通過將慣性傳感器輸出信號的頻率和幅度模式與姿勢特征庫中的頻率和幅度模式進(jìn)行比較，還有可能確定該設(shè)備是否被舉起并放置在用戶耳邊進(jìn)行通話。這樣的模式識別軟件可以自主學(xué)習(xí)，并且該庫能夠通過從用戶的其他行為中提取共同模式而被擴(kuò)展或調(diào)整。然而，非成像傳感器的輸出不足以識別多維移動或姿勢。
[0007]因而，業(yè)界需要一種姿勢識別技術(shù)方案，從而克服至少一些上述不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施例提供了使用無源單像素?zé)醾鞲衅飨到y(tǒng)的運(yùn)動和姿勢識別。簡單來說，本發(fā)明指向一種配置為對溫?zé)嵛矬w的姿勢進(jìn)行識別的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱傳感器、空間調(diào)制光學(xué)器件以及電子設(shè)備單元，熱傳感器被配置為接收熱能后生成低頻信號和/或直流信號，空間調(diào)制光學(xué)器件被置于熱傳感器和溫?zé)嵛矬w之間且被配置為根據(jù)溫?zé)嵛矬w相對于熱傳感器的取向?qū)醾鞲衅鹘邮盏降臒崮苓M(jìn)行調(diào)制，電子設(shè)備單元與熱傳感器通信。電子設(shè)備單元包括存儲器以及與存儲器通信的處理器。處理器由存儲器進(jìn)行配置以執(zhí)行檢測熱傳感器信號的改變、以及識別熱傳感器信號中的特征等步驟。
[0009]本發(fā)明的第二方面指向一種對在受監(jiān)視空間中移動的溫?zé)嵛矬w的姿勢進(jìn)行識別的方法。該方法包括以下步驟:在調(diào)制光學(xué)器件處從受監(jiān)視空間內(nèi)的調(diào)制光學(xué)器件視場接收入射熱能，其中，調(diào)制光學(xué)器件包括多個(gè)透鏡和/或孔徑；將調(diào)制光學(xué)器件接收的入射熱能導(dǎo)向一被光耦合到調(diào)制器件上的熱傳感器件；由熱傳感器件產(chǎn)生直流輸出信號，該直流輸出信號維持在一電平，該電平與調(diào)制光學(xué)器件導(dǎo)向熱傳感器件的熱能總量成正比；以及，將輸出信號提供給與存儲器通信的電子設(shè)備單元。電子設(shè)備單元包括存儲器以及與存儲器通信的處理器。處理器被存儲器配置為分離信號特征并且將信號的特征與參考特征進(jìn)行比較。
[0010]對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，通過附圖以及詳述的說明書，本發(fā)明的其他系統(tǒng)和特征變得明顯。全部的此類額外系統(tǒng)、方法和特征包括在本說明書中，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且由所附權(quán)利要求書保護(hù)。
【附圖說明】
[0011]附圖被用于提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且包含在本說明書中并作為說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0012]圖1為姿勢檢測器的第一實(shí)施例的概括性截面?zhèn)纫晥D；
[0013]圖2為圖1中的調(diào)制的檢測器-光學(xué)器件的一個(gè)示例的局部頂視圖；
[0014]圖3為用于實(shí)現(xiàn)圖1中的檢測器的功能的一個(gè)示例性系統(tǒng)的示意圖；
[0015]圖4A為從現(xiàn)有技術(shù)中不包括觀察傳感器可視區(qū)的光學(xué)器件在內(nèi)的單像素?zé)醾鞲衅髦休敵龅男盘柕那€圖；
[0016]圖4B為從圖1中的包括觀察傳感器可視區(qū)的調(diào)制光學(xué)器件在內(nèi)的單像素?zé)醾鞲衅髦休敵龅男盘柕那€圖；
[0017]圖4C示出了來自4B的、經(jīng)過帶通濾波之后的信號；
[0018]圖5為由圖1的單像素?zé)醾鞲衅鳈z測到的手勢產(chǎn)生的時(shí)域波形的說明性示圖；
[0019]圖6為與圖1中的單像素?zé)醾鞲衅鞴餐褂玫氖纠怨鈱W(xué)器件中使用的三種調(diào)制模式的圖示；
[0020]圖7為用于對受監(jiān)視空間中的移動姿勢進(jìn)行識別的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下限定被用于對應(yīng)用于本申請中公開的實(shí)施例的特征的術(shù)語進(jìn)行解釋，并且僅在于限定本公開內(nèi)的要素。在權(quán)利要求中使用的術(shù)語并沒有限制，或者不應(yīng)當(dāng)從權(quán)利要求中推得使用的術(shù)語存在限制。用在所附權(quán)利要求中的術(shù)語應(yīng)當(dāng)僅僅由其使用技術(shù)中的習(xí)慣性含義來限制。
[0022]本公開中使用的“透鏡”(lens)指的是對透過自身的電磁輻射或光的總量和/或方向產(chǎn)生影響的光學(xué)元件。透鏡可以基于諸如玻璃之類的輻射透射媒介的孔徑和形狀和間距的大小和/或形狀來影響透射的輻射。當(dāng)用在本申請中時(shí)，透鏡可以指無源光學(xué)元件、或者有源光學(xué)元件。
[0023]本公開中使用的“溫?zé)嵛矬w”(warm object)指的是發(fā)射出可由熱存在檢測器檢測到的熱量的物體。溫?zé)嵛矬w通常指的是人或者動物。
[0024]一般來說，短語“受監(jiān)視空間”指的是放置有存在檢測器并且該檢測器能夠潛在地對溫?zé)嵛矬w加以檢測的物理空間(例如，房間、走廊、戶外區(qū)域等等)。然而，受監(jiān)視空間還可以指熱成像設(shè)備附近的較小區(qū)域，該較小區(qū)域至少包括檢測器的一部分視場。
[0025]在此詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出。無論在哪里，相同的附圖標(biāo)記被用在附圖和說明書中以指明相同或相似的部分。
[0026]由單像素?zé)醾鞲衅飨到y(tǒng)使用合適的評估和光學(xué)器件進(jìn)行姿勢識別的方法和設(shè)備的實(shí)施例被呈現(xiàn)出來。姿勢識別系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例包括一具有調(diào)制光學(xué)器件的熱檢測器。檢測器的FOV的空間調(diào)制增強(qiáng)了檢測器輸出的動作信號并且可以提供例如可在一定頻帶中識別的特征。這樣的特征能夠使用軟件或者合適的硬件進(jìn)行評估。
[0027]圖1為一個(gè)示例性檢測器100的第一實(shí)施例的概括性截面?zhèn)纫晥D，檢測器100被配置為基于在受監(jiān)視空間內(nèi)檢測到的由溫?zé)嵛矬w產(chǎn)生的存在、位置、動作和/或動作方向來識別姿勢；在受監(jiān)視空間中放置有檢測器100并且檢測器100能夠潛在地對溫?zé)嵛矬w加以檢測。
[0028]檢測器100具有傳感器模塊102和強(qiáng)度