一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法，特別是涉及一種采用麥克風(fēng)陣列對按時間順序依次經(jīng)過麥克風(fēng)陣列的運動目標進行數(shù)目統(tǒng)計的方法。屬于聲目標數(shù)量估計領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0002]在入侵檢測中，對入侵目標數(shù)目的估計是一個十分重要的內(nèi)容。常用的用于估計入侵目標數(shù)目的手段是借助紅外傳感器或者圖像傳感器。但這兩種傳感器在使用中均存在許多缺陷。首先，紅外傳感器和圖像傳感器的功耗很大，這對于低功耗且需長時間使用的無線傳感器來說往往很難承受。其次，紅外傳感器和圖像傳感器在使用中對傳感器的布置有嚴格的要求，從而很難實現(xiàn)非人工布設(shè)。此外，紅外傳感器和圖像傳感器對目標進行計數(shù)的時候，鏡頭前方不能有遮擋，無法實現(xiàn)非視距計數(shù)。
[0003]相比之下，麥克風(fēng)陣列具有極低功耗、布放簡單且不存在視距局限等優(yōu)勢，在無線傳感器中使用十分廣泛。但現(xiàn)在在入侵檢測領(lǐng)域，麥克風(fēng)陣列的應(yīng)用還主要是對目標進行定向和識別，還沒有充分挖掘出其使用價值。使用麥克風(fēng)陣列對聲音目標數(shù)目進行估計是有文獻報道的，例如王永良《空間譜估計理論與算法》清華大學(xué)出版社，第40頁“信號源數(shù)估計”。此外，由于聲音信號易受到風(fēng)噪聲等因素的干擾，在時域所受的影響更為嚴重，因而無法直接利用時域信號來實現(xiàn)魯棒性的計數(shù)應(yīng)用。本發(fā)明擬在麥克風(fēng)陣列定向的基礎(chǔ)上，將其用于對運動目標的計數(shù)，從而取代紅外傳感器和圖像傳感器用于計數(shù)的傳統(tǒng)方式，對無線傳感器實現(xiàn)低功耗，長生命周期和易于布置等要求具有十分重要的意義。這方面卻鮮有報道，從而引導(dǎo)出本申請的構(gòu)思。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法，本發(fā)明提供的一種計數(shù)方法是一種基于麥克風(fēng)陣列的，環(huán)境適應(yīng)能力強的運動目標計數(shù)方法。
[0005]本發(fā)明提供的一種采用麥克風(fēng)陣列進行運動目標數(shù)目估計的方法，具體包括以下步驟:
[0006]1、麥克風(fēng)陣列通過目標檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運動目標；
[0007]2、檢測到運動目標出現(xiàn)后，麥克風(fēng)陣列在每個時間幀上利用該幀的采集信號按一個聲源對運動目標進行定向，從而得到運動目標在每個時間幀上的角度估計值；
[0008]3、檢測算法檢測到運動目標已駛離麥克風(fēng)陣列過后，麥克風(fēng)陣列停止角度估計，計算所得各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶的次數(shù)，則該次數(shù)就是運動目標的數(shù)目。
[0009]所述步驟(I)中的目標檢測算法并不局限于使用麥克風(fēng)進行檢測，也可包括其他傳感器所提供的目標檢測方式。例如采用震動傳感器來檢測有無運動目標出現(xiàn)。
[0010]所述步驟(3)中麥克風(fēng)陣列用來計數(shù)的時間幀不局限于從檢測算法檢測出目標出現(xiàn)到檢測算法檢測出目標已駛離麥克風(fēng)陣列這個時間段內(nèi)的時間幀，也可以是某一個時間段內(nèi)的時間幀，用以統(tǒng)計該段時間內(nèi)的運動目標個數(shù)。
[0011]所述步驟(3)中各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶，指的是連續(xù)N幀都在該角度帶內(nèi)，但這N個連續(xù)幀的之前一幀和之后一幀均不在這個角度帶內(nèi)，其中N多I。
[0012]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:
[0013]本發(fā)明利用麥克風(fēng)陣列來對運動目標進行計數(shù)，相比傳統(tǒng)的使用紅外傳感器和圖像傳感器來進行計數(shù)，麥克風(fēng)陣列具有低功耗、易于布置以及隱蔽性等優(yōu)點。此外，由于聲音信號不受視距影響，麥克風(fēng)陣列還可實現(xiàn)對非視距的運動目標進行計數(shù)，更加提升了設(shè)備的隱蔽性。相比直接使用聲音信號的時域進行計數(shù)，利用定向結(jié)果進行計數(shù)，使計數(shù)手段更具魯棒性，不容易受到噪聲的干擾。所以本發(fā)明具有低功耗，易于布置、可實現(xiàn)非視距運動目標計數(shù)等優(yōu)點，特別適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0014]圖1是基于麥克風(fēng)陣列的運動目標技術(shù)方法的流程圖；
[0015]圖2是實施例的效果演示圖，(a)為兩輛車經(jīng)過的聲音信號；(b)為麥克風(fēng)陣列各幀的角度估計。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0017]本發(fā)明的實施方式涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法，如圖1所示，包括以下步驟:(1)麥克風(fēng)陣列通過目標檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運動目標；(2)檢測到運動目標出現(xiàn)后，麥克風(fēng)陣列在每個時間幀上利用該幀的采集信號按一個聲源對運動目標進行定向，從而得到運動目標在每個時間幀上的角度估計值θ1;(3)檢測算法檢測到運動目標已駛離麥克風(fēng)陣列過后，麥克風(fēng)陣列停止角度估計，計算所得各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶的次數(shù)，則該次數(shù)就是運動目標的數(shù)目。
[0018]下面以一個運動目標計數(shù)的具體實施例來進一步說明本發(fā)明。
[0019]步驟一:以一個直徑為Ilcm的4陣元均勻圓陣的麥克風(fēng)陣列采集聲音信號。
[0020]步驟二:通過檢測算法，檢測出車輛經(jīng)過的時間段；
[0021]步驟三:以每0.125S為一時間幀，利用麥克風(fēng)陣列，使用定向算法按一個聲源對每幀信號進行定向，結(jié)果如圖2所示。
[0022]步驟四:通過程序自動計算各幀角度通過[75° ,125° ]角度帶的次數(shù)。本實施例采用的計算方式為:如果連續(xù)5幀的角度值位于[75° ,125° ]內(nèi)，算檢測出一次通過角度帶；如果兩次通過角度帶的時間間隔小于2秒，則依然算作一次通過角度帶。根據(jù)所述的方法計算，得到各幀共2次通過該角度帶，故運動目標數(shù)目為2。
[0023]不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在麥克風(fēng)陣列定向的基礎(chǔ)上進行運動目標數(shù)目估計，充分挖掘了麥克風(fēng)陣列的優(yōu)勢，相比直接使用時域麥克風(fēng)信號，魯棒性更高，環(huán)境適應(yīng)能力更強，是一種低功耗，易于布置，可實現(xiàn)非視距計數(shù)的運動目標數(shù)目估計方法，特別適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1.一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)麥克風(fēng)陣列通過目標檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運動目標； (2)檢測到運動目標出現(xiàn)后，麥克風(fēng)陣列在每個時間幀上利用該幀的采集信號按一個聲源對運動目標進行定向，從而得到運動目標在每個時間幀上的角度估計值； (3)檢測算法檢測到運動目標已駛離麥克風(fēng)陣列過后，麥克風(fēng)陣列停止角度估計，計算所得各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶的次數(shù)，則該次數(shù)就是運動目標的數(shù)目。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(I)中的目標檢測算法不局限于使用麥克風(fēng)陣列進行檢測，也可包括采用震動傳感器所提供的目標檢測方式，檢測有無運動目標出現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中麥克風(fēng)陣列用來計數(shù)的時間幀不局限于從檢測算法檢測出目標出現(xiàn)到檢測算法檢測出目標已駛離麥克風(fēng)陣列這個時間段內(nèi)的時間幀，或是某一個時間段內(nèi)的時間幀，用以統(tǒng)計該段時間內(nèi)的運動目標個數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶，其指的是連續(xù)N幀都在該角度帶內(nèi)但這N個連續(xù)幀的之前一幀和之后一幀均不在這個角度帶內(nèi)，其中N多I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以一個直徑為Ilcm的4陣元均勻圓陣的麥克風(fēng)陣列米集聲首?目號步驟是: 步驟一:通過檢測算法，檢測出車輛經(jīng)過的時間段； 步驟二:以每0.125S為一時間幀，利用麥克風(fēng)陣列，使用定向算法按一個聲源對每幀信號進行定向； 步驟三:通過程序自動計算各幀角度通過[75°，125° ]角度帶的次數(shù)；采用的計算方式為:如果連續(xù)5幀的角度值位于[75°，125° ]內(nèi)，算檢測出一次通過角度帶；如果兩次通過角度帶的時間間隔小于2秒，則依然算作一次通過角度帶，根據(jù)所述的方法計算，得到各幀共2次通過該角度帶，運動目標數(shù)目定為2。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于所述的方法更具魯棒性，不易受到噪聲的干擾，適用于無線傳感器入侵監(jiān)測領(lǐng)域。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的方法是一種低功耗、易于布置，實現(xiàn)非視距的運動目標的計數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于麥克風(fēng)陣列的運動目標計數(shù)方法，其特征在于所述的計數(shù)方法包括以下步驟：麥克風(fēng)陣列通過目標檢測算法獲悉是否出現(xiàn)運動目標；檢測到運動目標出現(xiàn)后，麥克風(fēng)陣列在每個時間幀上利用該幀的采集信號按一個聲源對運動目標進行定向，從而得到運動目標在每個時間幀上的角度估計值；檢測算法檢測到運動目標駛離麥克風(fēng)陣列過后，麥克風(fēng)陣列停止角度估計，計算所得各幀的角度估計值經(jīng)過某個角度帶的次數(shù)，則該次數(shù)就是運動目標的數(shù)目。本發(fā)明充分利用了麥克風(fēng)陣列的優(yōu)勢，憑借單個麥克風(fēng)陣列即可十分便捷地實現(xiàn)對運動目標數(shù)目的估計。且所述的計數(shù)方法具有傳統(tǒng)的使用紅外傳感器或圖像傳感器難以滿足的低功耗、易于布放以及隱蔽性的三個優(yōu)點。
【IPC分類】G06M1/00, G01S3/80
【公開號】CN105068042
【申請?zhí)枴緾N201510456283
【發(fā)明人】郭峰, 張鑫, 祖興水, 劉華巍, 程勇博, 李寶清, 袁曉兵
【申請人】中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月29日