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技術 ドップラー・センサーで監視されている空間内の特定の種類の生き物の存在を検出する方法とその装置

出願人 ルグランソシエテアノニムルグランソシエテオンノームコレクティフ
発明者 ジャン−ピエールクシィ
出願日 1997年2月21日 (21年10ヶ月経過) 出願番号 1997-037692
公開日 1998年1月23日 (20年11ヶ月経過) 公開番号 1998-020026
状態 特許登録済
技術分野 盗難警報装置 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 周期的現象 フィルター段階 周期的特性 遠隔感知 エネルギー内容 保護空間 主周波数 移動目標物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年1月23日)のものです。
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図面 (3)

目的

ドップラーセンサー送り出される信号を処理することである。

構成

ドップラー・センサー(1)で送り出される信号は増幅(2)、フィルター処理(3)およびディジタル化(4)の後に、ディジタル化された信号の全体エネルギーを決定する手段(11);主周波数を示す自動相関試験手段(13);当該周波数を排除するフィルター(14);閾値以下のエネルギーを有する信号を除去する比較器(15);特定の周波数バンドを分離させるフィルター(17);メモリー(21)内に記憶された基準信号との相互相関用の手段(19)により処理される。

概要

背景

パトロールにおけるガードマンが存在しない場合、またはガードマンによる2回のパトロールの間での不心得者による侵入に対して空間、特に不動産物件の保護ということが、近年では著しく拡張されてきている。というのは、こういった侵入が試みられる回数の増加していることと、人々の異常な存在を遠隔感知するセンサーを採用することが可能になっているからである。センサーは、可聴帯域ではあるがさらに特別には超音波帯域内で作動する音響的なもの、可視または赤外線帯域内で作動する光学的なものまたは電磁的パルスまたはドップラーレーダー)なものにすることができる。実際上、ガードマンの存在を必要とするビデオ監視カメラとは別に、最も広範囲に使用されているセンサーは赤外線センサーおよびマイクロ波ドップラー・センサーであり、これらのセンサーは一概に連続的に送信される波である送信波と移動する目標物たる侵入者によりシフトされる反射波周波数との間のビーティングに依存している。

本発明は極めて正確にこの分野に係わるものであるが、本発明を利用するドップラー・センサーと組み合わせてこの赤外線センサーを侵入者検出システムとして採用することは不可能ではないであろう。

シフトが送信器に対する目標物の半径方向速度で生じることは知られており、この目標物は以下の式に従ってその波に対する反射体を形成する。

概要

ドップラー・センサーで送り出される信号を処理することである。

ドップラー・センサー(1)で送り出される信号は増幅(2)、フィルター処理(3)およびディジタル化(4)の後に、ディジタル化された信号の全体エネルギーを決定する手段(11);主周波数を示す自動相関試験手段(13);当該周波数を排除するフィルター(14);閾値以下のエネルギーを有する信号を除去する比較器(15);特定の周波数バンドを分離させるフィルター(17);メモリー(21)内に記憶された基準信号との相互相関用の手段(19)により処理される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

送信波監視空間内を移動する目標物によるドップラーフィツオイ効果でシフトされる反射波周波数との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが内部に配設されている監視空間内で特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する方法であって、信号が、必要とされる増幅およびフィルター処理後に、その特定の種類の生き物の存在を認識するためその生き物の種類に特有のセンサー特徴部分から信号の周波数スペクトルを示すようディジタル化され処理されるようにしたものにおいて、ディジタル化された信号の処理が以下の段階、即ちa)ディジタル化された信号の全体のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階(段階11)と;b)主周波数の存在を検出するようにした少なくとも1つの自動相関試験を段階(a)で発生された信号に適用する段階(段階13)と;c)段階(b)で検出された主周波数を排除するよう調節されたフィルターによりそのディジタル化された信号をフィルター処理する段階(段階14)と;d)フィルター段階(c)で生成された信号の全体エネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階(段階15)と;e)段階(d)から信号をフィルター処理し、安定化し生き物の特定の種類の運動固有の特定の周波数帯域を分離させる段階(段階17)と;f)生き物の特定の種類に特有のもので且つインタースペクトル・エネルギーを定義付けすべくメモリー内に記憶された基準信号との暫定相互関係の試験を段階(e)からの信号に適用し、それぞれ閾値エネルギー以上のインター・スペクトル・エネルギーと閾値エネルギー以下のインター・スペクトル・エネルギーに対応する少なくとも1つの2状態信号を出力する段階とからなることを特徴とする方法。

請求項2

段階(b)における自動相関試験(13)が二重自動相関試験であることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

段階(d)へ進む前に主周波数が除去されるまで段階(b)(13)および(c)(14)が繰り返されることを特徴とする請求項2に記載の方法。

請求項4

段階(a)と(b)との間に信号の全体エネルギーが正常化される段階(a’)(12)が挿入されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の方法。

請求項5

段階(d)と段階(e)との間に信号の全体エネルギーが正常化される段階(d’)(16)が挿入されることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の方法。

請求項6

段階(e)において信号が適切に調整されたフィルター(17)を通過するようにしたことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の方法。

請求項7

段階(e)と段階(f)の間に信号の全体エネルギーが正常化される段階(e’)(18)が挿入される請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の方法。

請求項8

センサーに対する目標物の運動に依存し且つ送信波と監視空間内の移動目標物による反射波との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するようになっているマイクロ波ドップラー・センサー(1)と、必要とされる増幅(2)およびフィルター処理(3)の後でセンサーからの信号をディジタル化する手段(4)と、生き物の特定の種類に固有の特徴をセンサー(1)からの信号の周波数スペクトル内で検出するようディジタル化された信号をフォーマット化し、基準信号と適切に比較する少なくとも1つのメモリー(31),(32)とプログラムを伴ったマイクロプロセッサー(30)とを含むプロセッサー手段とを備えた選択性を高めた監視空間内で特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する装置であって:(m)ディジタル化された信号のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する手段(11)と、(n)主周波数の存在を示すようにした少なくとも1つの自動相関試験を従前の手段からの信号に適用する手段(13)と、(p)入力部でディジタル化された信号を受入れ、自動相関試験で検出された主周波数を排除すべく調節された第1のフィルター(14)と、(q)第1のフィルターでフィルター処理された信号の全体エネルギーを決定し、閾値以下の全体エネルギーを有する信号を除去することができる比較器手段(15)と、(r)比較器手段から信号を受取り、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定周波数帯域を分離させるよう調節された第2のフィルター(17)と、(s)メモリー(32)内に記憶され、生き物の特定の種類に固有の基準信号との相関関係の一時的試験であって、スペクトル間エネルギーを定める試験を先に述べた特定の周波数帯域に低減された信号に適用し、それぞれ閾値より大きいおよび閾値より小さいスペクトル間エネルギーに対応する少なくとも1つの2状態信号を出力する手段(19)とからなることを特徴とする装置。

請求項9

請求項8の副項(m),(n),(p),(q),(r),(s)がマイクロ・プロセッサー(30)と関連し、且つ順番に実行される適切な演算プログラムの形態にて実施されることを特徴とする請求項8に記載の装置。

請求項10

ドップラー・センサー(1)が9.9GHzの周波数にて出力することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の装置。

請求項11

基準信号がドップラー・センサー(1)から3mの距離にて1.4m/sの速度にて移動している人間の横方向変位に対応することを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の装置。

請求項12

保護空間内への人の侵入を検出する請求項8ないし請求項11のいずれかに記載の装置の適用。

技術分野

0001

本発明は、送信波監視空間内の移動する目標物によるドップラーフィツオ効果でシフトされる反射波周波数との間のビーティングにより発生する低周波数信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが配設されている監視空間内で、特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する方法に関するものであり、当該方法において、この信号は必要な増幅およびフィルター処理され、且つこの種類の生き物の存在のみが認識されるようその生き物の種類に特有のセンサー特徴からその信号の周波数スペクトルを示すべくディジタル化され処理される。

0002

本発明はまた前述した方法を実行する装置に関するものである。

背景技術

0003

パトロールにおけるガードマンが存在しない場合、またはガードマンによる2回のパトロールの間での不心得者による侵入に対して空間、特に不動産物件の保護ということが、近年では著しく拡張されてきている。というのは、こういった侵入が試みられる回数の増加していることと、人々の異常な存在を遠隔感知するセンサーを採用することが可能になっているからである。センサーは、可聴帯域ではあるがさらに特別には超音波帯域内で作動する音響的なもの、可視または赤外線帯域内で作動する光学的なものまたは電磁的パルスまたはドップラー・レーダー)なものにすることができる。実際上、ガードマンの存在を必要とするビデオ監視カメラとは別に、最も広範囲に使用されているセンサーは赤外線センサーおよびマイクロ波ドップラー・センサーであり、これらのセンサーは一概に連続的に送信される波である送信波と移動する目標物たる侵入者によりシフトされる反射波周波数との間のビーティングに依存している。

0004

本発明は極めて正確にこの分野に係わるものであるが、本発明を利用するドップラー・センサーと組み合わせてこの赤外線センサーを侵入者検出システムとして採用することは不可能ではないであろう。

0005

シフトが送信器に対する目標物の半径方向速度で生じることは知られており、この目標物は以下の式に従ってその波に対する反射体を形成する。

0006

△f=2f0 (vr/c) (I)
ここで△fは周波数シフトであり、f0 は送信波の周波数であり、vrは目標物の半径方向速度であり、cは光の速度である。

0007

また、前記の式(I)は原則として相対的ドップラー・フィツオイ効果と同じものとなる非相対的ドップラー効果に対して比vr/cの極めて低い値が与えられることに注目されよう。

0008

移動する目標物のみに応答する全てのセンサーと同様、ドップラー・センサーは、そのセンサーが監視すべき空間を走査する目的上枢軸運動する必要がないとすると、その監視されている建造物の壁、内壁設備類等といった包囲する固定構造物で構成された固定目標物の存在に起因する欠点が無い。しかしながら、本例の場合、センサーに対する固定障害物の半径方向速度とその対応する周波数シフトが必要な信号と干渉せず、または信号を処理することにより無視することができるよう枢軸速度を選択することができる。

0009

ドップラー・センサーからの信号を処理することは、第一に入力における雑音レベルを低減することにより(当該雑音パワー帯幅に比例する)、信号/雑音比を改善し、第二にセンサーの走査により生じる周波数といった望ましくない周波数を除去する意味から適切な帯幅でのフィルター処理を予め当然に予定している。

0010

侵入者検出装置に関連あるフランスの規格NF C 48 229は侵入者監視目標速度の範囲を0.3m/sおよび3m/sの間に設定した。(通信当局割り当てられたX帯域内の)9.9GHzの基本周波数により、限界周波数は19.9Hzと199Hz、即ち実質的に20Hzと200Hzである。

0011

侵入者が感知されないことがない限り、侵入者監視システム信頼性は明らかに第一にそのセンサーの感度に依存するものである。しかしながら、発生源が侵入者でない信号に対する反応をセンサーが示さない場合は、センサーの感度と併せて増加する程度にセンサーの選択性に殆ど同等に依存している。

0012

信号発生源に基付く信号の判定は、ドップラー信号がその発生源に対して特徴を有しているという事実に対して可能とされるものであり、これらの特徴は元の発生原因兆候として知られる内容を構成している。

0013

この発生原因の示す内容を検討することには主として経験的手段により既に認識された攪乱現象の兆候を集めることが含まれる。フランスの規格NF C 48 229は蛍光管で生じる干渉を述べている。ドップラー・センサーを使用する侵入者検出システムはフアン、垂直に簾状にされたブラインドカーテンおよび樋内を流れる水での干渉に晒されてきている。

0014

蛍光管とは別に、その撹乱現象となるものは、センサーの領域内で移動してドップラー信号を発生する目的物(フアン・ブレード、移動するカーテンまたはブラインド、落下する水滴)である。蛍光管はAC線電圧の各1/2サイクルでの放電により形成されるプラズマからのマイクロ波信号反射により干渉信号を発生する。センサーによってピックアップされた戻り信号はAC線電圧の周波数の2倍に等しい基本周波数および調和波のきわめて広いスペクトル変調される。

課題を解決するための手段

0015

本発明の目的はある程度の確実性を以てその特定の種類の生き物の存在を認識するため、ドップラー・センサーからの信号を処理するようにした特定の種類の生き物の存在を検出する方法を提供することにある。

0016

この目的は、送信波と監視空間内の移動する目標物によるドップラー・フィツオイ効果でシフトされる反射波周波数との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが内部に配設されている監視空間内の特定の種類の生きている物、特に人間の存在を検出する方法であって、信号が、必要とされる増幅およびフィルター処理後に、その特定の種類の生き物の存在を認識するためその生き物の種類に特有のセンサー特徴部分から信号の周波数スペクトルを示すようディジタル化され、処理されるようにしたものにおいて、ディジタル化された信号の処理が以下の段階、即ち
a)ディジタル化された信号の全体のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階(段階11)と;
b)主周波数の存在を検出するようにした少なくとも1つの自動相関試験を段階(a)で発生された信号に適用する段階(段階13)と;
c)段階(b)で検出された主周波数を排除するよう調節されたフィルターによりそのディジタル化された信号をフィルター処理する段階(段階14)と;
d)フィルター段階(c)で生成された信号の全体エネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階(段階15)と;
e)段階(d)から信号をフィルター処理し、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定の周波数帯域を分離させる段階(段階17)と;
f)生き物の特定の種類に特有のもので且つインター・スペクトル・エネルギーを定義付けすべくメモリー内に記憶された基準信号との暫定相互関係の試験を段階(e)からの信号に適用し、それぞれ閾値エネルギー以上のインター・スペクトル・エネルギーと閾値エネルギー以下のインター・スペクトル・エネルギーに対応する少なくとも1つの2状態信号を送信する段階とからなることを特徴とする方法によって達成される。

0017

先に述べた干渉現象の兆候の検討の結果、これらの現象の幾つかには顕著な周期的特性があることおよびその兆候は主としてドップラー・センサーからの信号に存在している1種類以上の特定周波数にあることが判明した。元の原因を構成している現象が分析されれば、これは予測可能であるかも知れない。しかしながら、これらの現象の調査内容確定し、その調査を実施することが必要であろう。その上、これら主周波数をフィルター処理することは要求される兆候を構成している本質的情報を含む信号を残すことに繋がり、または、主周波数を除去した後にその信号内に残している顕著な周期的特性の無い干渉現象の兆候が、基準となる兆候の相互相関関係の分析でその関連ある兆候とは識別し得ることを予測することは従前には不可能であった。

0018

本発明の方法の段階(a)ないし段階(c)は本質的に周期的干渉信号の除去をもたらし;段階(a)は入力における雑音を低減化し、段階(b)は自動相関関係による主周波数の存在を確定し、コヒーレント様式でおよび歪みの危険性を最低の状態にしてそのディジタル化された主周波数をブロックすべく段階(c)でのフィルター作用の調節を制御する。

0019

その上、本出願人の保護の下に実施されている生き物、特に人間の兆候を検討することは2種類の信号、即ち、一方の偶発的信号と他方の実質的に時間と併せて再生可能な信号を示した。最初の信号は生き物の時々の運動に起因するものであり、第2の信号は歩行中呼吸肉体曲げ等といった肉体的運動に起因するものである。これらの肉体的運動はリズムが変動しているが、これらのリズム内での比較的一定の続きがあり、また、最初これらの運動で生じる信号は特に周波数帯域にて特定の情報をもたらすこと、また、第2にこの情報は生き物の特定の種類に特有の基準信号との一時的相関関係で認識し得ることが判明した。

0020

結局、(主周波数の除去に続く)情報をもたない信号をブロックする段階(d)の後で、段階(e)は特定の周波数帯域を選択するよう実行され、これが信号の望まれていない要素を除去し、引き続き段階(f)ではその監視空間内に特定の種類の生き物が存在しているか否かを誤差の危険性を最低にした状態で判断することになる。

0021

段階(b)と段階(c)は段階(a)へ移動する前に主周波数が除去されるまで繰り返すことが好ましい。

0022

監視空間は多数の干渉現象の生じる場所であり、その同じ1種類の干渉源は1個以上の主周波数を発生することがある。

0023

信号の全体の振幅正規化されたレベルになり、これが後続ディジタル処理を容易にするようにした段階に引き続き各種フィルター段階が行われることが好ましい。

0024

他の局面においては、本発明では、センサーに対する目標物の運動に依存し且つ送信波と監視空間内の移動目標物による反射波との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するようになっているマイクロ波ドップラー・センサーと、必要とされる増幅およびフィルター処理の後でセンサーからの信号をディジタル化する手段と、生き物の特定の種類に固有の特徴をセンサーからの信号の周波数スペクトル内で検出するようディジタル化された信号をフォーマット化し、基準信号と適切に比較する少なくとも1つのメモリーとプログラムを伴ったマイクロプロセッサーとを含むプロセッサー手段とを備えた選択性を高めた監視空間内で特定の種類の生き物特に人間の存在を検出する装置であって:
(m)ディジタル化された信号のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する手段と、(n)主周波数の存在を示すようにした少なくとも1つの自動相関試験を従前の手段からの信号に適用する手段と、(p)入力部でディジタル化された信号を受入れ、自動相関試験で検出された主周波数を排除すべく調節された第1のフィルターと、(q)第1のフィルターでフィルター処理された信号の全体エネルギーを決定し、閾値以下の全体エネルギーを有する信号を除去することができる比較器手段と、(r)比較器手段から信号を受取り、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定周波数帯域を分離させるよう調節された第2のフィルターと、(s)メモリー内に記憶され、生き物の特定の種類に固有の基準信号との相関関係の一時的試験であって、スペクトル間エネルギーを定める試験を先に述べた特定の周波数帯域に低減された信号に適用し、それぞれ閾値より大きいおよび閾値より小さいスペクトル間エネルギーに対応する少なくとも1つの2状態信号を出力する手段とからなることを特徴とする装置が提案される。前記の装置は本発明による方法を実行するよう適合している。

0025

本発明の2次的特徴とその諸利点については添付図面を参照して一例として行われる以下の説明から明らかとなろう。

発明を実施するための最良の形態

0026

図1フローチャート図2のブロック図に示された監視空間内での特定の種類の生き物、選択された事例における人間の存在を検出する選択された方法においては、1Hzの解像度を有するドップラー・センサーが本例においては周波数f0GHzのマイクロ波放射ビームをその監視空間内に放出し、その監視空間内の干渉物で反射される放射を受け取る。移動して行く干渉物または目標物から反射される放射は既に与えられている式、即ち
△f=2f0 vr/c
に従ったドップラー効果での周波数シフト△fを受ける。

0027

センサー1は送信される放射と反射される放射の間のビーティングにより発生される周波数△fを抽出する。後者の周波数は低雑音増幅器2で増幅され、(帯域幅に比例する)雑音を制限して別の信号を防止する200Hzのカットオフ周波数にてロー・パス・フィルターでフィルター処理される。次に、この信号は512Hzのサンプリング周波数を使用してアナロウ・ディジタルコンバーター4に適用される。

0028

図2で一層明瞭に理解可能な如く、ディジタル化された信号はマイクロ・プロセッサー30に給送され、このマイクロ・プロセッサーはそれぞれ以後一層明らかになる信号処理プログラミング素子と基準兆候を含む2個のメモリー31,32と関連している。

0029

アナログ・ディジタル・コンバーター4からのディジタル信号の処理(10)は段階11ないし段階20を含み、これらの段階は以後引き続き説明する各段階を含む演算過程と併せてこれらの段階が入手する特定の結果の条件にて最初に説明する。

0030

処理は要求される分析解像度、マイクロ・プロセッサーの演算容量および侵入者の存在の所要検出速度の間の補償を表す1秒(512のサンプル)の持続時間にて連続サイクルにて行われる。

0031

段階11はドップラー信号のエネルギー内容を決定し、閾値エネルギー以下のエネルギー内容を有する信号を除去し、この閾値エネルギーは雑音とドップラー信号の間の判定を表している。これら2つの作動はW?およびW>w0 の式で記号化される。エネルギー・レベルによる判定は雑音のランダム性質が原因で振幅レベルによる判定に先立って選択された。雑音スパイクを実際のドップラー信号に変換する確率は極めて低くなければならず、雑音のエネルギー分布振幅分布のものより極めて低い比例している標準偏差を備えている。実際、選択された帯域幅サンプリング周波数と周期的期間の場合、平均的雑音パワーは1.24x10-3 V2 であり、標準偏差は9.09x10-5 V2 であり、閾値エネルギーを平均雑音エネルギーを上廻る6の標準偏差、即ち、1.79x10-3 V2にてセットする場合、望む信号として解釈するガウシアン雑音の確立は1秒の繰り返し周期に対して32年に1回である。

0032

段階12は段階11からの信号のレベルを改変若しくは正規化し、兆候比較作動はその比較される信号が同様の振幅を有しているものと事前に推量する。この正規化段階は式W=1で記号化される。

0033

段階13および14は周期特性との干渉信号により主周波数を除去する。段階13は主周波数または周波数(Fd)を示す自動相関試験(AC!)を適用する。周期的現象はそれ自体でその周期以上に相関付けられる。段階14は段階13で示された主周波数(Fd)にバンド止フィルター処理(ディジタル適合型フィルター処理)を適用する。1個以上の主周波数が検出されれば、段階13および14は全ての主周波数を除去する目的から繰り返される。

0034

段階15は主周波数を除去した後の信号のエネルギーを決定し、閾値を下廻るエネルギー内容を有する信号を除去し、これらの信号は有用な情報を含んでいないものと見做し、これらの作動はW?とW>w1 の式で記号化される。

0035

段階16は段階12のものと同様の目的を以て段階15からの信号のレベルを正規化し、式W=1で記号化される。

0036

段階17は大略15Hzないし35Hzの範囲に対応するバンド・パス・フィルターで行われるフィルター処理を適用する。本発明の開発中に実行された人の兆候の分析は本質的に全ての人の兆候がこのスペクトル部分では安定化特徴を備え、一方、段階16からの信号における残りの擬似兆候はこの範囲における人の兆候の干渉とならないような要素を特徴として備えていない。平坦イン・バンド応答曲線を有するスペクトルのエネルギーの最低撓みを生じさせねばならないフィルターはそれに応じてセットされる特性を有するバターワース(Butterworth)バンドパス・フィルターである(低いカット・オフ周波数、高いカット・オフ周波数および順序)。実際、低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数はそれぞれ16Hzと34Hzであり、その順序は第6番目の順序である。

0037

その上、フィルター処理はフィルター処理後の信号の存在に対するサーチが行われる。

0038

段階18は段階12および16の場合と同様の様式で且つ同じ理由からそのフィルター段階17からの信号を正規化する。

0039

段階19はメモリー32内に記憶されている基準信号SREF との暫定的相互関係試験を適用するものであり、その試験はスペクトル間エネルギーTW を供給するものである。この段階19は式IC!で記号化される。この基準信号SREF は以下の過程で得られた。

0040

センサーに対する目標たる人の相対的変位方向(半径方向および横方向)、運動速度および目標物からセンサー迄の距離を変える多数の人の特徴が集められた。

0041

平均偏差と標準偏差両者で特徴付けられる如く、他方の兆候に対する各兆候の認識割合の広がりを示す目的からその兆候に対応する全ての信号で相互相関関係試験が実施された。

0042

最良の平均偏差と最低の標準偏差での兆候が選択された。得られた兆候の運動特性は3mの距離で1.4m/s(5kph)の速度での横方向運動であった。

0043

横方向運動はそれ自体では何らドップラー・シフトを生ぜしめないので、その対応する兆候は人に固有の運動に依って作り出され、それの全体的変位では作り出されないことに注意のこと。

0044

段階20は段階19で決定されたスペクトル間エネルギーTW を閾値エネルギーT0 と比較する。(この作動は式TW >T0 で記号化される。) 結果がイエスであれば信号がこの監視される空間内での人の存在の検出に対応する出力21に送られる。

0045

監視空間内の人の存在に関しての確実性の複数個のレベルを定める目的からスペクトル間エネルギーを複数個の閾値エネルギーと比較することが可能であることが理解されよう。図2に示される如く、信号TW は相互相関スペクトル・アナライザー33に供給される。低い閾値エネルギーより大きいスペクトル間エネルギーの現出は人間の存在と被る危険性についての確実性の度合いに応じて異なる作動をもたらすよう相互相関スペクトルの適切な分析をトリガーする。

0046

先に説明した各種段階についてここでその採用されている演算過程を条件に検討する。

0047

アナログ・ディジタル・コンバーター4の出力において信号は1秒の持続時間のサイクルに(段階11の第1相)バッフアー・メモリー内に移送される毎秒あたり512のサンプルで構成される。次に、このサンプルは0.2で分割され、第2バッフアー・メモリー内に記憶される。

0048

正規化後、この信号は級数の形態になっている。

0049

x1 (k) = A*(k) ここで、k =0,.....,511 (1)
この級数のフーリエ変換x1 (n) は式

0050

係数exp−j2π kn/Nは前述の如く演算され、メモリー内に記憶される。

0051

次に、式
P1 (n) = X 1 *(n)X 1 (n)/512 2 ここで n = 0,.......511 (3)
を使用してスペクトル・パワーが演算される。

0052

ピーク・パワーの決定に際してはP1(n)の演算された値を通じての作動が必要であり;その値が設定された閾値を下廻る場合は処理は中断される。

0053

次の段階12に進むには、その信号が連続状態ではないが、サイクルの512のサンプルに分割され、それが各サイクルの開始時と終了時における遷移が原因となる雑音を無くすことを必要とするような事実を許容する必要がある。これは式
x 2 (k) = x(k).(0.54-0.46.cos (2πk/N)) ここで、k = 0,.....N-1 (4)
を使用してハニング(Hanning)・ウインドウに信号を適用することで得られる。一連の演算では信号の周波数成分と時間成分を使用しており、ハニング(Hanning)・ウインドウはこれら2形式の要素の送信のための良好な補償を表している。

0054

段階12は正規化が含まれており;一連の正規化された値の演算は一連の入力の最大振幅値と最低振幅値の間の差で分割される10のウインドウ処理後の一連の入力の項に対する乗算因子を利用している。

0055

段階13は式
r 3 (j) = Σx 3 (k)x3 (j- 511+k)
ここで、j = 0.....1022 kは 0ないし511 (5)
r 4 (j) = Σx 3 (k)r3 (j-1022+k) ここで、j = 0,....2044 (6)
によりr3 を与え、次にr4 (j) を与える2つの連続する自動相関関係を実施する。

0056

級数r4 (j) は項に2045ないし2047に対して値0を割り当てることで完了する。

0057

二重自動相関関係は平均周波数よりむしろ同様のエネルギー内容にて2つの主周波数を検出できることに注目のこと。

0058

実際、式(5)と(6)による自動相関演算では多すぎる作動、多すぎる演算時間および多すぎる記憶箇所が要求される。従って、フーリエ変換、周波数ドメインにおける自動相関および時間ドメインに戻る逆のフーリエ変換を実行することが好都合である。

0059

自動相関の演算に引き続き、概算されるパワーPeが式(3)と同様の式を使用して演算され、概算の周波数Feが演算される。

0060

段階14には適合フィルター処理が含まれる。それぞれ0.95Feと1.05Feの低いおよび高いカット・オフ周波数を有する第3順位のバターワース(Butterworth)バンド停止フィルターが使用される。

0061

段階13および14は依然段階14からの出力に主周波数が存在する場合は繰り返し行われる。

0062

段階15には式(2)に類似している式によりフーリエ変換を使用してのスペクトル・パワーおよび式(3)に類似した式を使用してのスペクトル・エネルギー演算の概算が含まれる。再度、このスペクトル・エネルギーは閾値と比較され、処理はこの信号のエネルギーがこの閾値を下廻る場合は中止され、これは開始時に周期的干渉信号のみが存在していたことを意味する。

0063

段階16は信号を正規化する。

0064

示された如く、段階17はそれぞれ16Hzと34Hzの低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数を有する6番目のオーダーのバターワース(Butterworth)フィルターを使用してのフィルター段階である。係数(a(k))が予め計算され、この過程は級数を演算することで構成されている。

0065

0066

信号x6 はフーリエ変換(式(2))、スペクトル・パワー演算(式(3))およびピーク・パワー決定を使用しての重要なスペクトル・エネルギーを備えているか否かを決定する目的で分析される。

0067

信号が大きいエネルギーを有していれば、段階19の相関関係が有効となるよう再びその信号が正規化される。

0068

段階19においてy(k)がメモリー32内に記憶されている基準兆候を表す場合は、段階18からの2つの信号x7 (k) とy(k)の間の相関関係が

0069

この段階において、処理は演算を簡略化する目的から周波数ドメイン内に移動する。y(k) とx7 (k) は点1023迄長くされ、y(k) = 0 でx7 (k) = 0 となり、k=512,.....1022 となり、ここでは
R6 (n) = Y*(m)x7 (n)
が得られる。

0070

級数x7 (k) とY(k) はフーリエ変換の第1演算を(予め計算された係数と共に)使用するよう点1024迄長くされる。

0071

逆フーリエ変換後に、スペクトル・パワーP15(n) = R*6 (m)R6 (n)/10242 が演算され、次に、概算されたパワーが演算される。この後者のパワーは段階20において閾値と対比される。

0072

生き物、本例の場合は人間の存在を検出する方法は特定の様式、特に人の位置に基付く変位とは無関係に特定の領域にいる人によるドップラー信号に晒される特徴の僅かの分析、ドップラー信号を劣化できる擬似信号の僅かの分析に基付いていること、信号の処理が最初はその人の兆候をマスキングし易い信号の構成要素を無くし、次に人の兆候がその安定化した特徴の大部分を備えているドメインを分離させる目的で或る順序にて考えていたことが理解されよう。

0073

その上、生き物の存在を検出することは監視空間若しくは建造物内の侵入者の検出に限定されないものであることが理解されよう。生き物の存在を検出することについての確実性の度合いに従って各種作用をトリガーする目的で段階19の相互相関関係で発生される信号を分析する可能性について既に説明した。存在の検出に対する応答をアラームの如き保護作用にする必要がないことは最早言うまでもない。ワークステーションで働いている人間の存在を監視しまたは単に建造物の照明または建造物の一部分の照明を制御することも可能である。

0074

さらに、基準となる人の兆候を選択する目的で使用された方法と類似している方法により決定される特定の基準兆候の使用により人以外の生き物の存在を検出することが可能であり、選択された特定の種類の生き物の存在若しくは非存在を監視するに際し、好都合の局面を有することができる。

図面の簡単な説明

0075

図1本発明の方法を構成する作動のフロー・チャート。
図2本発明の方法を実施する装置のブロック図。

--

0076

センサ
2低雑音増幅器
ローパス・フィルター
4アナログ・ディジタル・コンバーター
10 処理
11 段階
12 段階
13 段階
14 段階
15 段階
16 段階
17 段階
18 段階
19 段階
20 段階
21 出力
30マイクロ・プロセッサー
31メモリー
32 メモリー
33相互関係スペクトル・アナライザー

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