生命体的检测方法及装置与流程

文档序号：17334769发布日期：2019-04-05 22:21阅读：388来源：国知局

本发明涉及超声波技术领域，具体涉及生命体的检测方法及装置。

背景技术：

现有技术中，在需要对某一区域内是否存在生命体(包括人或动物)检测时，一般是通过红外传感器、视频采集装置、雷达探测等方法。其中，红外探测是利用红外热效应和光电效应，即将入射的红外辐射信号转变成电信号输出，再利用输出的电信号进行生命体的检测；视频探测，是通过实时采集检测区域内的视频图像，再利用采集到的视频图像进行生命体的检测；雷达探测，是利用电磁波进行探测，即用无线电的方法发现生命体并测定它们的空间位置。

然而，上述探测方法中，红外传感器来探测生命体时，视角均受到其安装位置的限制，存在一定的死角；且当环境温度超过生命体体温时，也可能出现无法判断或错判的情况；视频采集装置同样也存在监控死角，导致检测准确度不高；雷达探测，多用于检测运动的生命体，当生命体处于静止状态时，可能出现漏检的情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种生命体的检测方法及装置，以解决现有生命体的检测准确性较低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种生命体的检测方法，包括：

向待检测目标空间发射至少一个检测波信号；

接收反射回的多个反射波信号；

基于所述检测波信号对各个所述反射波信号进行信号处理，以得到目标信号；

对所有所述目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息；

基于所述空间方位信息检测所述待检测目标空间是否存在生命体。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，其中，若在待检测目标中存在生命体时，生命体的生命体征(例如，脉搏，心跳或呼吸等等)会对检测波信号进行调制，在反射回的反射波信号中会携带有生命体的生命体征信号，再利用检测波信号对反射波信号进行信号处理以及目标方位估计，所得到的空间方位信息中包括有生命体征信号，通过该空间方位信息即可检测出待检测目标是否存在生命体。该方法利用生命体征信号对检测波信号的调制即可检测出是否存在生命体，只要是待检测目标中存在生命体都能够通过该方法检测出，而不受生命体在待检测目标中的具体位置或运动状态的限制，极大地提高了检测的准确性。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述基于所述检测波信号，对各个所述反射波信号进行信号处理，以得到目标信号，包括：

将所述检测波信号与所述反射波信号相乘以得到乘积信号；

对所述乘积信号进行低通滤波以得到所述目标信号。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，由于生命体与发射检测波信号的装置之间可能具有一定的距离，所接收的反射波信号会有延时，且反射波信号的相位在被生命体征信号的周期运动所调制。因此，将给反射波信号乘上检测波信号，这个相位调制就能够被解调，从而能够目标信号，以便于后续利用该目标信号进行生命体的检测。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述对所有所述目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息，包括：

计算接收各个所述反射波信号与接收第一个所述反射波信号之间的时间差；

基于所述时间差以及所述目标信号进行波束合成，以得到所述空间方位信息。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，由于生命体与接受反射波信号的装置之间可能具有一定的距离，所接收的反射波信号会有延时，且到装置内的各个换能器的距离不同，因此在进行波束合成时利用计算出的各个反射波信号与第一个发射波信号之间的时间差，能够保证波束合成的准确性，为后续生命体的检测提供了基础。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，采用如下公式计算所述时间差：

其中，i＝1,2,……，n；

式中，τi为第i个反射波信号与第一个所述反射波信号之间的时间差；n为所述反射波信号的数量；d为反射所述检测波信号的阵列的间距；θ为阵列接收到的所述反射波信号的掠射角；c为所述检测波信号的传播速度。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，采用如下公式进行波束合成：

其中，2r(t)＝2r0+2x(t)；

式中，p(θ,r)为波束输出功率；si(t)为第i个反射波信号对应的目标信号；r0为预设距离；x(t)为生命体征信号。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，在目标方位波束输出功率随时时间的变化中携带有生命体征信号x(t)，利用空间方位信息和波束输出功率即可检测出是否存在生命体。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述基于所述空间方位信息检测待检测目标空间是否存在所述生命体，包括：

当所述波束输出功率小于第一阈值时，确定所述待检测目标空间不存在所述生命体。

结合第一方面第四实施方式或第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述基于所述空间方位信息检测所述待检测目标空间是否存在所述生命体，包括：

当所述波束输出功率大于或等于第一阈值时，利用所述波束输出功率确定所述生命体的位置；

跟踪所述位置对应的波束输出功率以得到跟踪信号；

基于所述跟踪信号检测待检测目标空间是否存在所述生命体。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，通过在波束输出功率大于或等于第一阈值时，对可能存在生命体的位置进行跟踪，利用跟踪信号再次进行生命体检测，提高了检测的准确性。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述基于所述跟踪信号检测所述生命体，包括：

对所述跟踪信号进行滤波以得到滤波信号；

对所述滤波信号进行功率谱分析，以得到所述生命体征信号；

当所述生命体征信号的频率大于第二阈值时，确定所述待检测目标空间存在所述生命体。

本发明实施例提供的生命体的检测方法，通过对跟踪信号滤波后进行功率谱分析，即可恢复出生命体征信号，再提取出生命体征信号的频率与第二阈值进行比较，利用检测结果可以确定是否存在生命体。

结合第一方面，或第一方面任一实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述检测波信号为超声波信号。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种生命体的检测装置，包括：

发射装置，用于向待检测目标空间发射至少一个检测波信号；

接收装置，用于接收反射回的多个反射波信号；

存储器和处理器，所述存储器、所述处理器与所述接收装置之间互相通信连接，所述处理器用于基于所述检测波信号对各个所述反射波信号进行信号处理；对所有所述目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息；基于所述空间方位信息检测所述待检测目标空间是否存在所述生命体。

本发明实施例提供的生命体的检测装置，若在待检测目标中存在生命体时，生命体的生命体征(例如，脉搏，心跳或呼吸等等)会对检测波信号进行调制，在反射回的反射波信号中会携带有生命体的生命体征信号，再利用检测波信号对反射波信号进行信号处理以及目标方位估计，所得到的空间方位信息中包括有生命体征信号，通过该空间方位信息即可检测出待检测目标是否存在生命体。该装置利用生命体征信号对检测波信号的调制即可检测出是否存在生命体，只要是待检测目标中存在生命体都能够通过该方法检测出，而不受生命体在待检测目标中的具体位置或运动状态的限制，极大地提高了检测的准确性。

结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述发射装置包括超声换能器阵列；和/或，所述接收装置包括超声换能器阵列。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的无生命体时的波束合成结果的示意图；

图5是根据本发明实施例的有生命体时的波束合成结果的示意图；

图6是本发明实施例提供生命体的检测装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的生命体的检测装置包括：发射装置、接收装置、存储器以及处理器，所述存储器、处理器与所述接收装置之间互相通信连接。

其中，发射装置用于向待检测目标发射至少一个检测波信号；接收装置，用于接收反射回的多个反射波信号；所述处理器用于对接收装置所接收的多个反射波信号进行处理，以检测是否存在生命体；所述存储器用于存储应用程序。

此外，待检测目标可以是车辆、室内或其他需要进行生命体检测的目标等等。例如，该生命体的检测方法可以是对密闭空间内的生命体检测，即车内遗留生命的检测、室内独居老人的检测、洗衣机内遗留生命的检测等等。该生命体的检测装置可以是对待检测目标是否存在生命体进行实时检测，也可以是根据需求进行检测等等。

作为一个具体应用实例，本发明实施例中提供的生命体的检测装置可以安装在车辆中，可以在车辆停止且车门关闭时，对车辆内遗留生命体进行检测，以防止意外的发生。

根据本发明实施例，提供了一种生命体的检测方法实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种生命体的检测方法，可用于生命体的检测装置中，图1是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

s11，向待检测目标空间发射至少一个检测波信号。

发射装置向待检测目标空间发射至少一个检测波信号，该检测波信号可以是超声波信号，也可以是其他类型的检测波信号。例如，发射装置所发射的每个检测波信号为单频波。

s12，接收反射回的多个反射波信号。

各个检测波信号在接触生命体或其他物体之后反射回接收装置，即接收装置接收到反射回的多个反射波信号。其中，发射装置与接收装置可以是一体的(即，同一个装置既可以发射检测波信号，又可以接受反射回的反射波信号)，也可以是分开设置的(即，发射装置与接收装置独立设置，分别实现对应的功能)。

s13，基于检测波信号对各个反射波信号进行信号处理，以得到目标信号。

其中，信号处理可以是解调，也可以是希尔伯特变换。解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。由于生命体征信号会对检测波信号进行调制，从而使得反射波信号中携带有生命体征信号，因此利用检测波信号对反射波信号进行解调即可分解出生命体征信号。

s14，对所有目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息。

处理器对所有目标信号(其中，每个反射波信号对应于一个目标信号)进行目标方位估计，即，将所有目标信号合成为一个空间方位信息。由于每个目标信号对应于被生命体征信号所调制的反射波信号，因此，通过对目标信号进行目标方位估计后得到的空间方位信息能够极大程度地反应出所检测到的生命体征信号。

s15，基于空间方位信息检测待检测目标空间是否存在生命体。

处理器在得到空间方位信息之后，可以利用空间方位信息的功率进行生命体的检测，也可以提取空间方位信息的功率变化所反映的生命体征的频率进行生命体征的检测，也可以是上述的组合(例如，功率、频率)等等。不论采用合成方式，由于在空间方位信息中携带有生命体征信号，因此利用该空间方位信息即可进行生命体的检测。

本实施例提供的生命体的检测方法，其中，若在待检测目标中存在生命体时，生命体的生命体征(例如，脉搏，心跳或呼吸等等)会对检测波信号进行调制，在反射回的反射波信号中会携带有生命体的生命体征信号，再利用检测波信号对反射波信号进行信号处理以及目标方位估计，所得到的空间方位信息中包括有生命体征信号，通过该空间方位信息即可检测出待检测目标空间是否存在生命体。该方法利用生命体征信号对检测波信号的调制即可检测出是否存在生命体，只要是待检测目标中存在生命体都能够通过该方法检测出，而不受生命体在待检测目标中的具体位置或运动状态的限制，极大地提高了检测的准确性。

在本实施例中还提供了一种生命体的检测方法，可用于生命体的检测装置中，图2是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

s21，向待检测目标空间发射至少一个检测波信号。

其中，发射装置向待检测目标空间发射的至少一个检测波信号均为单频波。每个检测波信号可以采用如下公式表示：

t(t)＝cos(2πfct)(1)

其中，fc为检测波信号的频率。

其余详细请参见图1所示实施例的s11，在此不再赘述。

s22，接收反射回的多个反射波信号。

其中，可以采用x(t)表示生命体的生命体征信号。发射装置与生命体之间的间距为r0，那么各个检测波信号从发射装置发射，被生命体征信号调制后反射回接收装置，一次发射到接收信号波经过的距离采用如下公式表示：

2r(t)＝2r0+2x(t)(2)

此外，第i个反射波信号ri(t)可以采用如下公式表示：

其中，a为所述反射波信号的幅度；τi为接收装置接收到第i个发射波信号与第一个反射波信号之间的时间差，i＝2，…，n，n为反射波信号的数量；c为所述检测波信号的传播速度。

关于上述时间差，可以通过记录各个反射波信号的接收时间，利用记录的时间计算时间差；也可以通过其他方式计算时间差等等。

例如，发射装置以及接收装置为多个阵元形成的阵列，每个阵元发射一个检测波信号，接收一个检测波信号；由于各个检测波信号从发射到反射回阵元之间可能会存在一定的时间差，因此，以阵元接收第一个反射波信号的时间为起点，那么时间差的含义描述如下：

τ2为阵元接收到第2个反射波信号与接收到第1个反射波信号之间的时间差；

τ3为阵元接收到第3个反射波信号与接收到第1个反射波信号之间的时间差；

……；

τn为阵元接收到第n个反射波信号与接收到第1个反射波信号之间的时间差。

s23，基于检测波信号对各个反射波信号进行信号处理，以得到目标信号。

其中，本实施例中的信号处理为解调。从式(3)中可以看出反射波信号与检测波信号非常相似。由于生命体与发射装置之间可能具有一定的距离，所接收的反射波信号会有延时，且反射波信号的相位在被生命体征信号的周期运动所调制。因此，在反射波信号的基础上利用检测波信号进行iq解调，这个相位调制就可以被解调。具体地，包括以下步骤：

s231，将检测波信号与反射波信号相乘以得到乘积信号。

结合式(1)与式(4)，利用ri(t)×t(t)，以得到乘积信号fi(t)；具体地，

再将式(2)代入式(3)中，即可得到乘积信号，在该乘积信号中携带有生命体征信号x(t)，即利用检测波信号与反射波信号相乘，后续即可提取出反射波信号中的生命体征信号。

s232，对乘积信号进行低通滤波以得到目标信号。

处理器在得到乘积信号之后，对乘积信号进行低通滤波将一些高频分量信号去除之后，可以得到目标信号中的同相分量ii(t)。

此外，将反射波信号与移相90°的检测波信号进行相乘，并进行低通滤波后，即可得到目标信号中的正交分量qi(t)。

最后，将ii(t)以及qi(t)组成复信号，即可形成目标信号si(t)。其中，各个反射波信号ri(t)对应的目标信号可以表示为si(t)，即si(t)为第i个反射波信号ri(t)对应的目标信号，可以采用如下公式表示：

可选地，在iq解调之后，可以再次进行低通滤波，得到零中频信号。由于在iq解调之后只含有低频信号，因此后续在进行波束合成时可以进行降采样以减小运算量。

s24，对所有目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息。

处理器对所有目标信号(其中，每个反射波信号对应于一个目标信号)进行目标方位估计，即将所有目标信号合成为一个空间方位信息。其中，本实施例中的目标方位估计为波束合成。具体包括以下步骤：

s241，计算接收各个反射波信号与接收第一个反射波信号之间的时间差。

其中，发射装置以及接收装置为多个阵元形成的阵元阵列，每个阵元之间的间距相等，均为d；在计算时间差之前，可以先遍历每个阵元接收到的反射波信号的掠射角θ，用于后续的计算；也可以认为每个阵元接收到的反射波信号近似认为是平行的，因此阵列中每个阵元接收到的反射波信号的掠射角θ均相等。

发射装置接收各个反射波信号与接受第一个反射波信号之间的时间差可以采用如下公式计算：

其中，i＝1,2,……，n；(6)

式中，τi为第i个反射波信号与第一个反射波信号之间的时间差；n为所述反射波信号的数量；d为发射所述检测波信号的阵列的间距；θ为阵列接收到的所述反射波信号的掠射角；c为所述检测波信号的传播速度。

s242，基于时间差以及目标信号进行波束合成，以得到空间方位信息。

处理器在计算出时间差之后，利用时间差以及目标信号计算出波束输出功率(也可称之为空间方位信息的输出功率)，可以采用如下公式进行波束合成：

其中，2r(t)＝2r0+2x(t)；

式中，p(θ,r)为波束输出功率；si(t)为第i个反射波信号对应的目标信号；r0为预设距离；x(t)为生命体征信号。

s25，基于空间方位信息检测待检测目标空间是否存在生命体。

处理器在计算得到波束输出功率之后，利用波束输出功率与第一阈值进行比较，当波束输出功率小于第一阈值时，检测待检测目标空间不存在生命体。

此外，可选地当波束输出功率大于或等于第一阈值时，可以认为待检测目标空间存在生命体；也可以再次进行生命体的检测，以提高检测的准确性。

与图1所示实施例相比，本实施例提供的生命体的检测方法，由于生命体与接收发射波信号的装置之间可能具有一定的距离，所接收的反射波信号会有延时且到各个换能器的距离不同，因此在进行波束合成时利用计算出的各个反射波信号与第一个发射波信号之间的时间差，能够保证波束合成的准确性。

在本实施例中还提供了一种生命体的检测方法，可用于生命体的检测装置中，其中，本实施例是利用人体的微动(呼吸、心跳)产生的微多普勒效应进行生命体的检测；此外，该方法可以用于车内遗留生命体的检测。图3是根据本发明实施例的生命体的检测方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

s31，向待检测目标空间发射至少一个检测波信号。

其中，检测波信号为超声波信号。发射装置为超声换能器阵列，接收装置为超声换能器阵列。由于生命体的生命体征信号(呼吸、心跳等等)相对于检测波信号存在径向运动，那么在反射回的反射波信号会发生频移(也可称为微多普勒现象，产生的频移量称为多普勒频率)，后续再利用波束合成进行生命体的检测。

s32，接收反射回的多个反射波信号。

请参考式(3)，反射回的第i个反射波信号ri(t)可以采用如下公式表示：

其余详细请参见图2所示实施例的s22，在此不再赘述。

s33，基于检测波信号对各个反射波信号进行信号处理，以得到目标信号。

处理器先对反射波信号进行adc采样之后，再进行解调。解调可以包括如下步骤：

s331，将检测波信号与反射波信号相乘以得到乘积信号。详细请参见图2所示实施例的s231，在此不再赘述。

s332，对乘积信号进行低通滤波以得到目标信号。详细请参见图2所示实施例的s232，在此不再赘述。

s34，对所有目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息。详细请参见图2所示实施例的s24，在此不再赘述。

s35，基于空间方位信息检测待检测目标空间是否存在生命体。

s351，判断波束输出功率是否小于第一阈值。

处理器在计算得到波束输出功率之后，利用波束输出功率与第一阈值进行比较，当波束输出功率小于第一阈值时，执行s352；否则，执行s353。

s352，确定待检测目标空间不存在生命体。

s353，利用波束输出功率确定生命体的位置。

处理器在判断出波束输出功率大于或等于第一阈值时，利用波束输出功率p(θ,r)确定生命体的空间位置(θ0,r0)，包括空间方位信息以及空间距离。例如，图4示出了不存在生命体时空间方位信息的示意图，图5示出了存在生命体时空间方位信息的示意图。

s354，跟踪位置对应的波束输出功率以得到跟踪信号。

在确定出生命体的位置之后，跟踪该位置处波束输出功率p(θ0,r0)随时间的变化a(t)。例如，在确定出生命体的位置之后，可以调整发射装置向该位置发射多个超声波信号，然后再进行波束合成实时跟踪该位置对应的波束输出功率，利用实时跟踪出的波束输出功率计算该位置处的波束输出功率随时间的变化a(t)，即得到跟踪信号。

s355，基于跟踪信号检测待检测目标空间是否存在生命体。

处理器在得到跟踪信号之后，对跟踪信号进行功率谱分析，即可提取出生命体征信号。具体地，包括以下步骤：

(1)对跟踪信号进行滤波以得到滤波信号。

(2)对滤波信号进行功率谱分析，以得到生命体征信号。

功率谱表示了滤波信号的功率随着频率的变化关系，通过对滤波信号进行功率谱分析即可得到生命体征信号。

在恢复出生命体征信号x(t)之后，可以进行降采样然后fft变换，可以获得生命体征信号的频谱。处理器通过比较生命体征信号的频率是否大于第二阈值即可检测是否存在生命体。

(3)当生命体征信号的频率大于第二阈值时，确定待检测目标空间存在生命体。

(4)当生命体征信号的频率小于或等于第二阈值时，确定待检测目标空间不存在生命体。

与图2所示实施例相比，本实施例提供的生命体的检测方法，在波束输出功率与第一阈值比较之后，检测出待检测目标空间可能存在生命体；再对可能的生命体进行跟踪，提取出生命体征信号再次进行生命体的检测，提高了检测的准确性；此外，本实施例利用人体的微动(呼吸、心跳)产生的微多普勒效应导致的频移进行波束形成，波束形成的幅度与呼吸、心跳的频率相关，从而进行生命体检测，保证了检测的准确性。

本发明实施例还提供了一种生命体检测装置，如图6所示，该生命体检测装置可以包括发射装置61、接收装置62、处理器63和存储器64；所述存储器64、所述处理器63与所述接收装置62之间互相通信连接。此外，上述的可以存储器64、处理器63、接收装置62以及发射装置61通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

其中，发射装置61，用于向待检测目标空间发射至少一个检测波信号；接收装置62，用于接收反射回的多个反射波信号；所述处理器63用于基于所述检测波信号对各个所述反射波信号进行信号处理，以得到目标信号；对所有所述目标信号进行目标方位估计，以得到空间方位信息；基于所述空间方位信息检测待检测目标空间是否存在所述生命体。

可选地，发射装置61包括超声换能器阵列，接收装置62包括超声换能器阵列。其中，超声换能器阵列中阵元的排布可以根据实际情况进行具体设置，在此不做限制。

进一步可选地，发射装置61与接收装置62一体设置，即采用同一超声换能器阵列实现发射多个检测波信号以及接收反射回的多个反射波信号；或者，发射一个检测波信号以及接收反射回的多个反射波信号。

此外，存储器64可以是高速ram存储器(randomaccessmemory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器64可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器63的存储装置。其中存储器64中存储应用程序，且处理器63调用存储器64中存储的程序代码，以用于执行以下操作：

将检测波信号与反射波信号相乘以得到乘积信号；

对乘积信号进行低通滤波以得到目标信号。