融合热释电传感与摄像机的人体混合监控系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信网络信息处理领域，具体地讲是一种融合热释电传感与摄像 机的人体混合监控系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在当今信息化时代，如何准确鉴定一个人的身份、保护信息安全，已成为一个亟 待解决的关键社会问题。传统的身份认证由于极易伪造和丢失，越来越难以满足社会的 需求，目前最为便捷与安全的解决方案是生物识别技术。由于其广阔的应用前景、巨大 的社会效益和经济效益，已引起各国的广泛关注和高度重视。生物特征识别（biometric identification)技术是一项新兴的安全技术，也是本世纪最有发展潜力的技术之一 [1]。 用于身份识别的生物特征有手形、指纹、脸型、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征有签 字、声音、按键力度等。从统计意义上来说，这些生理特征都存在着唯一性，因而这些特征都 可以成为鉴别用户身份的依据。基于这些特征，人们已经发展了手形识别、指纹识别、面部 识别、发音识别、虹膜识别、签名识别等多种生物识别技术[2]。
[0003] 如果说人脸、指纹等静态图像的识别是第一代生物识别技术的话，那么步态这种 动态识别则是第二代生物识别技术。步态识别旨在从相同的行走行为中寻找和提取个体之 间的变化特征，以实现自动的身份识别[3, 4]。脸型、指纹等生物特征，通常要求近距离或接 触性的感知（如指纹需要接触指纹扫描仪等），它们在远距离情况下将不可能被使用，而步 态此时仍是可感知的，这是步态识别的一个显著优势。虽然步态分析在医学、心理学等诸多 领域有着长期的研宄，但是使用步态作为生物特征用于身份识别则是近年来计算机视觉领 域中相对新兴的研宄课题。然而，传统的步态识别以及其他识别技术存在的一个主要缺点， 即它们大多需要在白天环境下实现，夜晚时则效果不佳[5-6]。
[0004] 在自然界，任何高于绝对零度（一 273°C )的物体都会向空间发射红外线。人体有 较恒定的体温，一般为37°C，可以看作是一个红外辐射源，会发出10 y m左右特定波长的红 外线，而个体之间发射的红外线的强度是有区别的。热释电红外（pyroelectric infrared， PIR)传感器在室温下对于红外辐射的探测具有较高的性能，在入侵检测及自动照明控制等 方面有广泛的应用，由于它的低成本和低功耗，使其在安全应用上具有很大的吸引力[7]。
[0005] 人作为动态的分布式的红外源是由体貌特征及步态特征所决定的，人体不同的步 行运动姿态可导致所得PIR信号不仅时域特征有差异，并且其频域信号在特定频段也会产 生差异。PIR传感器可探测人体所辐射出的红外线，输出电信号。当人体沿一定路径运动时， 红外辐射将以唯一的方式影响PIR传感器的探测场，进而影响传感器的输出信号。因此，利 用探头表面安装有菲涅耳透镜的PIR传感器得到时域电压信号，对信号的频谱特性进行分 析就能解析人体的运动特征，实现人体运动信息的特征提取及分类识别。相比基于图像的 步态识别，使用PIR传感器可以忽略人体的结构信息，所采集的数据量也大大小于前者。
[0006] 智能视频监控是多学科交叉的前沿研宄领域，也是当前国际性的研宄热点，它主 要是解决在一些重要、敏感的场合进行全天候的、自动、实时监控的问题。目前为止，视频监 控系统的发展已经经历模拟视频监控系统，半数字化视频监控系统、全数字化视频监控系 统三个阶段。智能监控系统的智能化主要体现在能够对目标检测、识别、跟踪与报警，它能 有效的代替人们实时监控，但就目前来说，监控系统的智能化很低，很多时候只能起到记录 现场的作用。在对行人异常行为检测方面，由于受遮挡，场景等因素影响，在一些场合智能 监控系统难以发挥其有效性[8-10]。如果利用步态和其它生物特征融合技术来对目标识 另IJ，将会大大提高识别效果。
[0007] 基于热释电的人体信息识别与跟踪系统有其优缺点，其优点有①成本低、能耗小、 灵敏度高；②体积小、重量轻、易于安装和操作；③不易受背景及光照等环境条件的影响； ④可忽略人体的结构信息，所得数据量小，便于实时处理；⑤信号分析和处理算法，相对比 较简单；其缺点：①易于红外波长相近的动物在频谱上相互叠加；②人体不同部位动作的 区分程度不高；③由于菲涅尔透镜的聚焦作用，同一辐射源不同部位的红外信号到达PIR 传感器后丢失了与辐射源形体有关的信息④成熟度不高；⑤周围环境在热释电传感器获取 信息的过程中有一定的影响；同时基于视频的人体信息识别与跟踪也是明显的，其优点： ①信息层次丰富，完整采集各种人体运动形态信息；②技术成熟，并已经应用到多种公共场 所；③信息比较清晰，精准；④各种图像识别，提取能算法都比较多样与成熟。其缺点：①视 频信息量过于庞大；②图像检测，识别，跟踪等图像处理算法比较复杂；③需要的硬件条件 车父尚；④视频联动跟踪反应慢；⑤使用成本$父尚。
[0008] 综上所述，不论是基于视频的识别与跟踪系统还是基于热释电的识别与跟踪系 统，都有其优缺点，所以将两者的监控模式相互融合将会解决这两种监控系统的弊端，从而 达到高效智能地监控。
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【发明内容】
[0020] 本发明的目的在于结合了热释电传感器工作机制、菲涅尔透镜原理，PTZ数字摄像 机监控机制，模式识别机制以及分布式多传感器信息融合机制，提供一种基于融合热释电 传感与摄像机的人体混合监控系统及方法。
[0021] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0022] 一种融合热释电传感与摄像机的人体混合监控系统，所述系统包括多个混合监控 单元，每个混合监控单元包括多个热释电传感节点和一台摄像机，所述多个热释电传感节 点构成分布式热释电传感网络，每个混合监控单元中的多个热释电传感节点分别设置在一 个混合监控空间的顶、底两个平面上，所述摄像机设置在所述混合监控空间的顶平面上。
[0023] 一种利用所述融合热释电传感与摄像机的人体混合监控系统的人体