基于无线路由器的墙后动作识别方法及系统与流程

本公开涉及动作识别技术领域，特别是涉及基于无线路由器的墙后动作识别方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

目前，随着越来越多的国家迈入老龄化社会，独居老人的数量也逐步上升。独自生活的老人一旦跌倒或者突发疾病将会导致行为异常，这种异常如果不能被及时发现进行医疗救护，将会造成严重的后果。由于独居老人身边缺乏人的观察和照顾，若不采用相关技术，对异常的及时检测无疑是极其困难的。另外，在地震等自然灾害发生后的房屋废墟中，检测是否有人被困以及人员的生死情况也是十分必要的。当执法人员解救人质时，清楚了解室内人员的行为情况可对解救人质提供有效线索。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

目前涌现出越来越多的室内人员行为探测技术，但由于室内环境的复杂性，找到一种更好的评估室内环境与无线路由器信号变化关系的方法很重要。由于人体的各个部分对无线路由器信号的反射不一样，有些技术团队在做动作识别的过程中，探索如何根据不同身体部位对信号的反射差异来识别人体这个部位并且预测出所做的动作。这需要很精细的技术来分离环境对信号的影响，噪音，以及移动对信号的噪音。所以，如何抽取有效的发射信号是一个很大的挑战。目前大部分方法都是预先知道识别的动作。根据训练的结果，然后再分类。虽然有若干个研究团队尝试研究动作与csi变化的对应模型，但是这个模型的限制条件很高。另外，有些技术团队忽略了独立位置信息的动作识别，这需要考虑设备的部署问题和位置对动作识别的影响。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于无线路由器的墙后动作识别方法及系统；被检测人员不需要佩戴任何繁重的设备，只需要利用无线信号的发射与接收过程产生相关数据，进而对行为进行探测，这使得此方法更加便捷，有助于广泛的使用。

第一方面，本公开提供了基于无线路由器的墙后动作识别方法；

基于无线路由器的墙后动作识别方法，包括：

假设墙体的两侧分别定义为第一侧和第二侧；将无线路由器也设置在墙体的第一侧，无线路由器设有一个发射天线和多个接收天线，多个接收天线组成天线阵列，天线阵即为一系列接收天线的排列，每个天线称为一个阵元；假设待动作识别的目标在墙体的第二侧内活动；

无线路由器的发射天线向墙体的第二侧发射信号；

无线路由器的天线阵列接收发射天线发射信号的反射信号；

无线路由器的天线阵列将接收到的反射信号发送给处理器进行处理；处理器首先对信号进行去噪处理，然后对去噪后的信号输入到预先训练好的分类器中，输出被追踪目标的行为动作。

第二方面，本公开还提供了基于无线路由器的墙后动作识别系统；

基于无线路由器的墙后动作识别系统，包括：无线路由器和处理器；

假设墙体的两侧分别定义为第一侧和第二侧；将无线路由器也设置在墙体的第一侧，无线路由器设有一个发射天线和多个接收天线，多个接收天线组成天线阵列，天线阵即为一系列接收天线的排列，每个天线称为一个阵元；假设待动作识别的目标在墙体的第二侧内活动；

无线路由器的发射天线向墙体的第二侧发射信号；

无线路由器的天线阵列接收发射天线发射信号的反射信号；

无线路由器的天线阵列将接收到的反射信号发送给处理器进行处理；处理器首先对信号进行去噪处理，然后对去噪后的信号输入到预先训练好的分类器中，输出被追踪目标的行为动作。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本发明的主要用途为对人的习惯进行分析，预测墙后行为轨迹，对墙后异常动作探测并发送警报，亦能在火灾、绑架、坍塌等危险情况发生时提供合理的救援信息等。相比现有的探测系统，被探测人员不需要佩戴相关设备，只需利用无处不在的无线路由器芯片组来实现相对低功耗，低成本，低带宽的穿墙式成像，并为普通用户提供便利。

利用无线路由器，不需佩戴任何设备在被测者身上；利用simo系统对传输进行预编码，以便在特定天线处接收的信号被取消，以消除闪光效应以及从发射到接收天线的直接信号，从而能够以最小的干扰捕获感兴趣物体的反射。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为第一个实施例的方法流程图；

图2为第一实施例的减对空信号法原理图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一，本实施例提供了基于无线路由器的墙后动作识别方法；

基于无线路由器的墙后动作识别方法，包括：

s1：假设墙体的两侧分别定义为第一侧和第二侧；将无线路由器也设置在墙体的第一侧，无线路由器设有一个发射天线和多个接收天线，多个接收天线组成天线阵列，天线阵即为一系列接收天线的排列，每个天线称为一个阵元；假设待动作识别的目标在墙体的第二侧内活动；

无线路由器的发射天线向墙体的第二侧发射信号；

无线路由器的天线阵列接收发射天线发射信号的反射信号；

s2：无线路由器的天线阵列将接收到的反射信号发送给处理器进行处理；处理器首先对信号进行去噪处理，然后对去噪后的信号输入到预先训练好的分类器中，输出被追踪目标的行为动作。

作为一个或多个实施例，所述去噪处理，是指：使用simo系统，利用减对空信号法来消除直达波和静态物体的反射波。

所谓simo系统即单输入多输出系统，单输入即只有一个发射天线，多输出即有多个输出天线。

所述减对空信号法，用于消除直达波和静态物体的反射波，即进行去噪处理。如图2所示，直达波包括发射天线和接收天线之间的反射波即s0(t)，静态物体的反射波，包括：墙体表面直接反射波即s1(t)和墙体内表面直接反射波s2(t)，直达波和静态物体的反射波到达接收天线的时间上均早于目标回波s'(t)，而且目标回波s'(t)经历了两次墙体的削弱，s'(t)的强度被直达波完全掩盖掉，因此利用减对空信号法进行去噪处理。

利用减对空信号法来消除直达波和静态物体的反射波，具体步骤如下：

s201：对墙后没有目标的环境进行探测，此时的接收信号称为对空信号；

s202：对墙后有目标的环境进行测量，记录此时接收的信号；

s203：将有目标时测量的接收信号与对空信号相减，便去除直达波和静态物体反射波。

作为一个或多个实施例，所述预先训练好的分类器的训练步骤，包括：

构建支持向量机svm分类器；

构建训练集，所述训练集为已知动作标签的去噪信号；

将训练集输入到支持向量机svm分类器中进行训练，当损失函数达到最小值时，输出训练好的支持向量机svm分类器。

进一步地，所述训练集的获取过程为：

让人体在墙体的第二侧内活动，完成预设动作标签的动作；

人体每做一个动作，无线路由器的天线阵列就接收一次无线路由器发射的信号；

无线路由器的天线阵列将接收到的信号发送给处理器进行去噪处理，去噪处理后，就得到已知动作标签的去噪信号。

进一步地，所述训练集的获取过程为：

s301：把成像区域划分成设定间隔的网格；

s302：对于每个网格，计算路由器发射天线的发射信号到目标人物和目标人物产生的反射信号到路由器的接收天线的传播时延；

s303：记录经过减对空信号法处理后的接收信号幅值；

s304：对每个网格，重复步骤s301至s303；

s305：每个网格上，接收到的幅值相加就能得到每个网格处的振幅值为es.对于每个网格，把es作为输入的特性向量，对应的类别标签作为输出。

应理解的，所述无线路由器通过发射天线将信号发送到感兴趣的墙体区域。

当信号穿过墙壁，碰到物体、人体上便会根据不同的部位反射回不同的能量。通过减对空信号法降低墙面的反射和其他静态物体对人体识别的影响。将匹配滤波器单独应用于接收到的信号，将处理后的信号与数据库里存储的动作信息进行处理比对，比如数据库里有前进，弯腰，举手等动作，便可以知道墙后人员的动作，进一步分析通过图像训练机器学习的分类器和深度学习确定墙后人想表达的意思，人员是否安全，轨迹、习惯如何，或提出合理的营救方式等信息。

用多天线的simo设备：其中一个天线用于发射，其余为接收天线，接收目标反射信号，数据通过处理后用于svm的训练和测试.媒质和目标由于电参数(介电常数、电导率)不同，可以视为两类：媒质为负类，目标为正类，而通常的支svm正是用于两类分类.仿真数据采用时域有限差分(fdtd)法仿真实验得到.即把成像区域，即目标所在一侧的墙后区域，划分成一定间隔的网格，对于每个网格，对应媒质和目标的位置，网格的类别标签分别为负类和正类.

为了知道每个网格处的特征值，利用后向投影算法：

1)把成像区域划分成设定间隔的网格；

2)对于每个网格，计算路由器发射天线的发射信号到目标人物和目标人物产生的反射信号到路由器的接收天线的传播时延；

3)记录经过减对空信号法处理后的接收信号幅值；

4)对每个网格，重复步骤1)至3)；

5)每个网格上，接收到的幅值相加就能得到每个网格处的振幅值为es.对于每个网格，把es作为输入的特性向量，对应的类别标签作为输出。

svm中对数据对(es，ζ)进行训练，训练完成后得到训练模型。利用训练模型对给定的es进行预测，就能得到对应位置的类别标签.根据预测到的类别标签判断目标的位置，从而实现穿墙成像问题中的目标定位和识别。

本发明利用无线路由器来实现相对低功耗，低成本，低带宽的穿墙式成像，并为普通用户提供便利。

使用ism频段(2.4ghz)的无线路由器ofdm信号和典型的无线路由器硬件。本发明本质上是一个多天线mimo设备：其中一个天线用于发射，其余天线用于接收。

实施例二，本实施例还提供了基于无线路由器的墙后动作识别系统；

基于无线路由器的墙后动作识别系统，包括：无线路由器和处理器；

假设墙体的两侧分别定义为第一侧和第二侧；将无线路由器也设置在墙体的第一侧，无线路由器设有一个发射天线和多个接收天线，多个接收天线组成天线阵列，天线阵即为一系列接收天线的排列，每个天线称为一个阵元；假设待动作识别的目标在墙体的第二侧内活动；

无线路由器的发射天线向墙体的第二侧发射信号；

无线路由器的天线阵列接收发射天线发射信号的反射信号；

无线路由器的天线阵列将接收到的反射信号发送给处理器进行处理；处理器首先对信号进行去噪处理，然后对去噪后的信号输入到预先训练好的分类器中，输出被追踪目标的行为动作。

进一步地，所述去噪处理，是指：使用simo系统，利用减对空信号法来消除直达波和静态物体的反射波。

进一步地，所谓simo系统即单输入多输出系统，单输入即只有一个发射天线，多输出即有多个输出天线。

进一步地，所述减对空信号法，用于消除直达波和静态物体的反射波，即进行去噪处理；直达波包括发射天线和接收天线之间的反射波即s0(t)，静态物体的反射波，包括：墙体表面直接反射波即s1(t)和墙体内表面直接反射波s2(t)，直达波和静态物体的反射波到达接收天线的时间上均早于目标回波s'(t)，而且目标回波s'(t)经历了两次墙体的削弱，s'(t)的强度被直达波完全掩盖掉，因此利用减对空信号法进行去噪处理。

进一步地，利用减对空信号法来消除直达波和静态物体的反射波，具体步骤如下：

s201：对墙后没有目标的环境进行探测，此时的接收信号称为对空信号；

s202：对墙后有目标的环境进行测量，记录此时接收的信号；

s203：将有目标时测量的接收信号与对空信号相减，便去除直达波和静态物体反射波。

进一步地，所述预先训练好的分类器的训练步骤，包括：

构建支持向量机svm分类器；

构建训练集，所述训练集为已知动作标签的去噪信号；

将训练集输入到支持向量机svm分类器中进行训练，当损失函数达到最小值时，输出训练好的支持向量机svm分类器。

进一步地，所述训练集的获取过程为：

让人体在墙体的第二侧内活动，完成预设动作标签的动作；

人体每做一个动作，无线路由器的天线阵列就接收一次无线路由器发射的信号；

无线路由器的天线阵列将接收到的信号发送给处理器进行去噪处理，去噪处理后，就得到已知动作标签的去噪信号。

进一步地，所述训练集的获取过程为：

s301：把成像区域划分成设定间隔的网格；

s302：对于每个网格，计算路由器发射天线的发射信号到目标人物和目标人物产生的反射信号到路由器的接收天线的传播时延；

s303：记录经过减对空信号法处理后的接收信号幅值；

s304：对每个网格，重复步骤s301至s303；

s305：每个网格上，接收到的幅值相加就能得到每个网格处的振幅值为es.对于每个网格，把es作为输入的特性向量，对应的类别标签作为输出。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。