一种用于独居老人的安全侦测系统及方法与流程

本发明涉及安全侦测领域，具体涉及一种用于独居老人的安全侦测系统及方法。

背景技术

目前，随着社会老龄化程度的加深，空巢老人越来越多，已经成为一个不容忽视的社会问题。空巢老人因无子女照顾而单独居住，然而单独居住为空巢老人带来了很多安全风险。一方面的风险来自于外部，空巢独居老人往往容易成为不法分子的作案目标，特别是容易发生被跟随入室抢劫的非法侵害，只有及时识别非法跟随、发出警报才能降低上述风险；另一方面的风险则来自于独居老人自身，独居老人因年龄因素而易发生摔倒，而老人摔倒后不及时送医治疗会有很高的伤残率和住院率，为家庭带来了巨大的经济及社会负担，及时地知晓、救助摔倒的独居老人则可为及时治疗争取宝贵时间，可有效降低伤残率。

目前尚没有针对涵盖外部风险和独居老人自身风险进行全面地安全风险侦测的系统及方法，虽然对于老人摔倒检测的方法又很多，但主要为穿戴式传感器检测方法，如cn107909771a，一种基于无线传感网络的人员跌倒报警系统及其实现方法，该系统利用佩戴加速度传感器测得的重力加速度在x、y、z轴的分布情况来识别人员姿态；如cn206210062u，一种老人摔倒呼救智能手环。此类手环需要老人自己去按报警按钮，才会进行报警，然后有些老人在摔倒后并不是清醒的，无法进行报警，所以这类手环的局限性很大；如cn106971503a，一种跌倒监测装置及方法。此类手环利用人摔倒过程中的加速度变化来对摔倒进行检测，然而由于人手具有六个方向的自由度，而且手的运动方向不能反应人体躯干的变化，这就导致了仅使用加速度来判断摔倒具有比较多的误报，准确率比较低；此外，还有基于视频中人体高度差异的检测方法，但此类方法常常将正常的坐姿、蹲姿误判为摔倒。无人跟随侦测设备仅在银行、机场、地铁等多种场景中进行应用，且一般均设有实物闸机通道，不适于独居老人使用，且不能有效地对进入者进行身份识别和跟随侦测。

上述方法及设备一方面需要佩戴传感器使用不方便，设备成本高，侦测准确率较低，另一方面，不能够有效地侦测外部的安全风险，针对上述问题，本申请提供了一种用于独居老人的安全侦测系统及方法，以有效地侦测独居老人的安全风险，及时发出安全警报。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术不能针对涵盖外部风险和独居老人自身风险进行全面地安全风险侦测、使用不方便，设备成本高，侦测准确率较低等问题，提供一种用于独居老人的安全侦测系统及方法，以有效地侦测独居老人的安全风险，及时发出安全警报。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于独居老人的安全侦测系统，包括电源、总处理器、跟随侦测装置、语音警报装置、摔倒侦测装置、远程监护人终端，其中所述总处理器与所述电源、所述跟随侦测装置、所述语音警报装置、所述摔倒侦测装置、所述远程监护人终端连接。

所述连接为电连接。

进一步地，所述跟随侦测装置包括3d虚拟围栏、数据存储处理器，其中所述3d虚拟围栏为由3组3d摄像机按三维阵列排布组成的三维虚拟空间，并设置有人脸识别设备，所述总处理器与3d虚拟围栏中的3d摄像机、数据存储处理器连接，所述人脸识别设备与数据存储处理器连接。

所述3d虚拟围栏中3d摄像机在三维虚拟空间的顶点设置，并沿立体坐标轴x、y、z方向获取三维虚拟空间的图像数据。

所述3d虚拟围栏31设置在独居老人房间门外的楼道。

此处发明设计的关键之处在于3d虚拟围栏的建立，目前人们对3d摄像机的认识依然停留在传统的认知层面，人们已经习惯于应用3d摄像机去获取同一场景的不同图像，然而，发明人发现将3d摄像机固定于一点时，对同一场景的不同图像进行获取时却依然存在盲区，无法获取全面的三维图像，基于此，发明人通过在三维空间顶点按三维阵列排布组成的三维虚拟空间有效地解决了图像获取的盲区问题。

本发明的另一巧妙之处在于，传统的侦测设备虽然也含有人脸识别设备和视频监控设备，但却均忽略了将二者的数据进行协同使用，导致无法对非法进入者进行无人自动侦测，如在无人场景下非法进入者不通过人脸识别设备进行脸部识别而通过虚拟围栏，此时传统的视频监控设备则无法判断进入者的身份是否合法，又如在无人场景下一合法进入者如独居老人或独居老人的亲朋好友通过人脸识别设备进行脸部识别，而此时一非法进入者却不通过人脸识别设备进行脸部识别而通过虚拟围栏，此时传统的视频监控设备则无法侦测到非法进入者，或者在无人场景下一合法进入者通过人脸识别设备进行脸部识别，而一非法进入者跟随其后进入，此时传统的视频监控设备也无法侦测到非法进入者；而本发明通过总处理器将人脸识别设备获得的数据与3d摄像机获得的人脸图像数据进行快速对比，能够有效地解决上述问题，提高对进入者合法真实性的确认精度，二者在功能上彼此支持、不可拆分，单独使用则不能获得上述效果，例如单独使用人脸识别设备则不能实现跟随侦测，也不能较好地避免无人场景下的非法进入，单独使用3d摄像机时，由于缺乏比对的基础数据，也无法确定进入者合法真实性。

本发明将数据存储器与人脸识别设备相连接，一方面预先通过人脸识别设备录入合法进入者的图像数据并在数据存储器进行预设存档，生成的预设存档数据作为授权进入的依据，另一方面通过数据存储器将日常人脸识别设备获得的图像数据进行存储，实现独居老人及其亲朋好友的日常出入数据的可追溯。

进一步地，所述摔倒侦测装置包括第一轴线捕捉摄像机、第二轴线捕捉摄像机、第三轴线捕捉摄像机，所述第一轴线捕捉摄像机、第二轴线捕捉摄像机、第三轴线捕捉摄像机分别位于目标活动空间区域的上部、中部、下部，并与总处理器连接，分别用于捕捉人体不同高度位置的图像数据并将相关数据传送至总处理器，所述摄像机均为3d摄像机。

本发明还提供了一种用于独居老人的安全侦测方法，包括，

(一)外部风险侦测步骤：

(1)外部图像采集步骤，通过设置在3d虚拟围栏内的3d摄像机沿立体坐标轴x、y、z获取三维图像数据，并将图像数据传输至总处理器；

(2)入镜侦测步骤，总处理器将获取的三维图像数据进行背景差分计算，侦测是否有人进入3d虚拟围栏镜头侦测范围内；

(3)跟随侦测步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏时，人脸识别设备开始工作，并通过数据存储处理器将人脸识别设备获得的图像数据传输至总处理器，总处理器接收数据存储处理器送来的数据，将3d摄像机获得的三维数据中的脸部图像数据与数据存储处理器送来的数据进行快速比对，数据比对一致时，则启动跟随侦测，通过帧间差分计算、图像二值化处理视频图像数据并进行连通区域分析，并侦测判断否存在跟随场景；

(4)跟随报警步骤，当侦测到跟随场景时，总处理器将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置和远程监护人终端，语音警报装置在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端在接收到警报信号时将提示远程监护人出现跟随场景，以便远程监护人及时做出判断和处置；

(5)非法入侵警报步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏，但未通过所述的人脸识别设备进行脸部识别而通过3d虚拟围栏进入独居老人房间时，总处理器未接收到数据存储处理器送来的人脸识别数据，此时，总处理器则发出非法入侵警报信号并将信号分别传至语音警报装置和远程监护人终端，语音警报装置在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端在接收到警报信号时将提示远程监护人出现非法入侵场景，以便远程监护人及时做出判断和处置。

进一步地，步骤(3)中所述帧间差分计算可以为两帧差分计算或三帧差分计算，帧间差分计算方式的选择取决于3d虚拟围栏的三维虚拟空间的大小；

(二)摔倒风险侦测步骤：

(6)摔倒侦测启动步骤，当未侦测到跟随场景和非法入侵场景时，总处理器将发出摔倒侦测启动信号并将信号传至摔倒侦测装置，启动摔倒侦测装置进行摔倒侦测，或者当人体第一轴线捕捉摄像机、第二轴线捕捉摄像机、第三轴线捕捉摄像机的镜头同时侦测到有人进入目标活动空间区域范围内，则进行摔倒侦测；

(7)摔倒侦测步骤，对人体特征进行轴线划分，将人体人体髋关节与头顶之间部分的轴线作为第一轴线，将膝盖与髋关节之间人体部分的轴线作为第二轴线，将脚底与膝盖之间人体部分的轴线作为第三轴线；通过第一轴线捕捉摄像机捕捉目标活动空间区域内人体髋关节与头顶之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第一轴线；通过第二轴线捕捉摄像机捕捉目标活动空间区域内人体膝盖与髋关节之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第二轴线；通过第三轴线捕捉摄像机捕捉目标活动空间区域内人体脚底与膝盖之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第三轴线；通过总处理器对第一轴线、第二轴线、第三轴线与水平面的夹角进行分析，侦测判断是否存在摔倒场景；

(8)摔倒警报步骤，当侦测到摔倒场景时，总处理器将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置和远程监护人终端，语音警报装置在接收到警报信号时将发出语音警报，以及时使独居老人的周围邻居知晓并进行救助；远程监护人终端在接收到警报信号时将提示远程监护人出现摔倒场景，以便远程监护人及时做出判断和处置。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种用于独居老人的安全侦测系统及方法，关键之处在于将跟随侦测装置与摔倒侦测装置的协同联用，从而达到对涵盖外部风险和独居老人自身摔倒风险的内外两方面的安全风险进行全面地侦测，二者是为了解决本发明所述技术问题而均不可缺少的有机结合整体，只有二者同时应用才能全面地侦测独居老人的安全风险，单独使用其一则显然不能解决本申请全面侦测独居老人的安全风险的技术问题，本申请的用于独居老人的安全侦测系统及方法使用方便、侦测准确率高，且独居老人不需穿戴任何传感设备等问题，可以全面、准确地侦测独居老人的安全风险，及时发出安全警报，为独居老人的安全提供保障。

附图说明

图1是本发明用于独居老人的安全侦测系统的结构示意图；

图2是本发明3d虚拟围栏的结构示意图；

图3是本发明3d虚拟围栏设置位置的示意图；

图4是本发明摔倒侦测装置的结构示意图；

图5是本发明人体特征轴线划分示意图；

图中，10-电源；20-总处理器；30-跟随侦测装置；31-3d虚拟围栏；311-3d摄像机；312-人脸识别设备；32-数据存储处理器；40-语音警报装置；50-摔倒侦测装置；51-第一轴线捕捉摄像机；52-第二轴线捕捉摄像机；53-第三轴线捕捉摄像机；60-远程监护人终端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

实施例1：请参照附图1-附图3，一种用于独居老人的安全侦测系统，包括电源10、总处理器20、跟随侦测装置30、语音警报装置40、摔倒侦测装置50、远程监护人终端60，其中所述总处理器20与所述电源10、所述跟随侦测装置30、所述语音警报装置40、所述摔倒侦测装置50、所述远程监护人终端60连接。

所述连接为电连接。

所述跟随侦测装置30包括3d虚拟围栏31、数据存储处理器32，其中所述3d虚拟围栏为由3组3d摄像机311按三维阵列排布组成的三维虚拟空间，并设置有人脸识别设备312，所述总处理器20与所述跟随侦测装置30的连接为将所述总处理器20与所述跟随侦测装置30中的3d摄像机311、数据存储处理器32连接；所述人脸识别设备312与数据存储处理器32连接。

所述3d虚拟围栏31中3d摄像机311在三维虚拟空间的顶点设置，并沿立体坐标轴x、y、z方向获取三维虚拟空间的图像数据。

所述3d虚拟围栏31设置在独居老人房间门外的楼道。

所述电源10为独立电源，可保障侦测系统的整体独立供电；所述3d摄像机311用于采集、侦测3d虚拟围栏31内的视频图像及进入者的脸部图像，并传送至总处理器20；所述数据存储处理器32用于将人脸识别设备312获得的图像数据传输至总处理器20；所述总处理器20用于对接收图像数据并进行比对、二值化处理、及帧间差分处理，并在侦测到跟随场景时，发出警报信号并将信号传至语音警报装置40；所述数据存储处理器32用于接收、存储、传送人脸识别设备图像数据，所述语音警报装置40用于接收总处理器20发出的警报信号，并发出语音警报。

实施例2：请参照附图1-附图4，一种用于独居老人的安全侦测系统，基本结构与实施例1相同，不同之处在于，所述摔倒侦测装置50包括第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53，所述第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53分别位于目标活动空间区域的上部、中部、下部，分别用于捕捉人体不同高度位置的图像数据并将相关数据传送至总处理器20，所述摄像机均采用3d摄像机，所述总处理器20与所述摔倒侦测装置50的连接为将第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53与总处理器20连接。

所述总处理器20接收第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53捕捉的人体不同位置的图像数据，对图像进行二值化处理后确定人体的第一轴线、第二轴线、第三轴线，并对各轴线与水平面的夹角进行分析。

实施例3：请参照附图1-附图5。一种用于独居老人的安全侦测方法，包括，

(一)外部风险侦测步骤：

(1)外部图像采集步骤，通过设置在3d虚拟围栏31内的3d摄像机311沿立体坐标轴x、y、z获取三维图像数据，并将图像数据传输至总处理器；

(2)入镜侦测步骤，总处理器将获取的三维图像数据进行背景差分计算，侦测是否有人进入3d虚拟围栏31的侦测范围内；

(3)跟随侦测步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏31时，人脸识别设备312开始工作，并通过数据存储处理器32将人脸识别设备312获得的图像数据传输至总处理器20，总处理器20接收数据存储处理器32送来的数据，将3d摄像机311获得的三维数据中的脸部图像数据与数据存储处理器32送来的数据进行快速比对，数据比对一致时，则启动跟随侦测，通过帧间差分计算、图像二值化处理视频图像数据并进行连通区域分析，并侦测判断否存在跟随场景；所述帧间差分计算为两帧差分计算，具体采用以下函数进行：

fd＝cf(n)-lf(n-1)；

其中，cf(n)指当前帧，lf(n-1)指上一帧，fd指帧差。

跟随场景判断采用以下方法：若经连通区域分析发现视频图像出现两个或以上的连通区域，则视为出现跟随场景；若经连通区域分析发现视频图像出现的连通区域少于两个，则视为未出现跟随场景；

(4)跟随报警步骤，当侦测到跟随场景时，总处理器20将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置40在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现跟随场景，以便远程监护人及时做出判断和处置；

(5)非法入侵警报步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏31，但未通过所述的人脸识别设备312进行脸部识别而通过3d虚拟围栏31进入独居老人房间时，总处理器20未接收到数据存储处理器32送来的人脸识别数据，此时，总处理器20则发出非法入侵警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置40在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现非法入侵场景，以便远程监护人及时做出判断和处置；

(二)摔倒风险侦测步骤：

(6)摔倒侦测启动步骤，当未侦测到跟随场景和非法入侵场景时，总处理器将发出摔倒侦测启动信号并将信号传至摔倒侦测装置50，启动摔倒侦测装置50进行摔倒侦测，或者当第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53的镜头同时侦测到有人进入目标活动空间区域范围内，则进行摔倒侦测；

(7)摔倒侦测步骤，如附图5所示，对人体特征进行轴线划分，将人体人体髋关节与头顶之间部分的轴线作为第一轴线，将膝盖与髋关节之间人体部分的轴线作为第二轴线，将脚底与膝盖之间人体部分的轴线作为第三轴线；通过第一轴线捕捉摄像机51捕捉目标活动空间区域内人体髋关节与头顶之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第一轴线；通过第二轴线捕捉摄像机52捕捉目标活动空间区域内人体膝盖与髋关节之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第二轴线；通过第三轴线捕捉摄像机53捕捉目标活动空间区域内人体脚底与膝盖之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器20对图像进行二值化处理后确定第三轴线；通过总处理器对第一轴线、第二轴线、第三轴线与水平面的夹角进行分析，侦测判断是否存在摔倒场景；

摔倒场景判断采用以下方法：若经分析发现第一轴线、第二轴线、第三轴线与水平面的夹角均小于30度，且第三轴线与地面有接触点，则视为出现摔倒场景；否，则视为未出现摔倒场景；

(8)摔倒警报步骤，当侦测到摔倒场景时，总处理器20将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置在接收到警报信号时将发出语音警报，以及时使独居老人的周围邻居知晓并进行救助；远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现摔倒场景，以便远程监护人及时做出判断和处置。

实施例4：请参照附图1-附图5。一种用于独居老人的安全侦测方法，所述侦测方法用于实施例2中的用于独居老人的安全侦测系统，包括以下步骤：

(一)外部风险侦测步骤：

(1)外部图像采集步骤，通过设置在3d虚拟围栏31内的3d摄像机311沿立体坐标轴x、y、z获取三维图像数据，并将图像数据传输至总处理器；

(2)入镜侦测步骤，总处理器将获取的三维图像数据进行背景差分计算，侦测是否有人进入3d虚拟围栏31的侦测范围内；

(3)跟随侦测步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏31时，人脸识别设备312开始工作，并通过数据存储处理器32将人脸识别设备312获得的图像数据传输至总处理器20，总处理器20接收数据存储处理器32送来的数据，将3d摄像机311获得的三维数据中的脸部图像数据与数据存储处理器32送来的数据进行快速比对，数据比对一致时，则启动跟随侦测，通过帧间差分计算、图像二值化处理视频图像数据并进行连通区域分析，并侦测判断否存在跟随场景；所述帧间差分计算为两帧差分计算，具体采用以下函数进行：

fd＝cf(n)-lf(n-1)；

其中，cf(n)指当前帧，lf(n-1)指上一帧，fd指帧差。

跟随场景判断采用以下方法：若经连通区域分析发现视频图像出现两个或以上的连通区域，则视为出现跟随场景；若经连通区域分析发现视频图像出现的连通区域少于两个，则视为未出现跟随场景；

(4)跟随报警步骤，当侦测到跟随场景时，总处理器20将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置40在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现跟随场景，以便远程监护人及时做出判断和处置；

(5)非法入侵警报步骤，当侦测到有人进入3d虚拟围栏31，但未通过所述的人脸识别设备312进行脸部识别而通过3d虚拟围栏31进入独居老人房间时，总处理器20未接收到数据存储处理器32送来的人脸识别数据，此时，总处理器20则发出非法入侵警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置40在接收到警报信号时将发出语音警报，远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现非法入侵场景，以便远程监护人及时做出判断和处置；

(二)摔倒风险侦测步骤：

(6)摔倒侦测启动步骤，当未侦测到跟随场景和非法入侵场景时，总处理器将发出摔倒侦测启动信号并将信号传至摔倒侦测装置50，启动摔倒侦测装置50进行摔倒侦测，或者当第一轴线捕捉摄像机51、第二轴线捕捉摄像机52、第三轴线捕捉摄像机53的镜头同时侦测到有人进入目标活动空间区域范围内，则进行摔倒侦测；

(7)摔倒侦测步骤，如附图5所示，对人体特征进行轴线划分，将人体人体髋关节与头顶之间部分的轴线作为第一轴线，将膝盖与髋关节之间人体部分的轴线作为第二轴线，将脚底与膝盖之间人体部分的轴线作为第三轴线；通过第一轴线捕捉摄像机51捕捉目标活动空间区域内人体髋关节与头顶之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第一轴线；通过第二轴线捕捉摄像机52捕捉目标活动空间区域内人体膝盖与髋关节之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第二轴线；通过第三轴线捕捉摄像机53捕捉目标活动空间区域内人体脚底与膝盖之间部分的图像，并传输至总处理器，总处理器对图像进行二值化处理后确定第三轴线；通过总处理器对第一轴线、第二轴线、第三轴线与水平面的夹角进行分析，侦测判断是否存在摔倒场景；

摔倒场景判断采用以下方法：若经分析发现第一轴线、第二轴线、第三轴线与水平面的夹角均小于30度，且第三轴线与地面有接触点，则视为出现摔倒场景；否，则视为未出现摔倒场景；

(8)摔倒警报步骤，当侦测到摔倒场景时，总处理器20将发出警报信号并将信号分别传至语音警报装置40和远程监护人终端60，语音警报装置在接收到警报信号时将发出语音警报，以及时使独居老人的周围邻居知晓并进行救助；远程监护人终端60在接收到警报信号时将提示远程监护人出现摔倒场景，以便远程监护人及时做出判断和处置。

实施例5：一种3d无人侦测方法，所包括的步骤与实施例3或实施例4基本相同，不同之处在于，跟随侦测步骤中所述帧间差分计算为三帧差分计算。

以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。