基于毫米波雷达的异常滞留行为检测系统

本发明属于毫米波雷达检测，具体为基于毫米波雷达的异常滞留行为检测系统。

背景技术：

1、毫米波雷达能够基于目标反射回波获取监测区域内目标的距离、方位、径向速度和回波强度信息，并可在弱光、遮挡轻微、隐私敏感等场景下进行非接触式人员检测；现有通道、门禁、设备周边等区域的毫米波雷达监测方案，通常先将连续雷达帧映射为空间网格或雷达图像，再根据目标区域的位置变化、速度变化和停留时间，对人员存在状态或区域停留状态进行判断。

2、在上述处理过程中，为降低墙体、地面、设备外壳等固定散射体对目标检测的影响，现有方案多采用背景模型更新、静态杂波抑制或稳定散射区域过滤方式处理雷达图像；该类处理方式通常将连续出现且位置变化较小的回波逐步归入背景或低权重目标，再在背景抑制后的雷达图像中进行目标检测和轨迹关联；对于正常通行人员，该处理方式能够减少固定反射干扰；但当人员进入预设区域后逐渐减速并长时间停留时，其在雷达图像中也会表现为中心位置变化小、径向速度低、空间占用稳定，该状态与固定物体遗留、设备边缘反射或环境固定散射具有相近表现。

3、因此，在异常滞留检测场景中，现有处理链条存在目标保持与背景更新之间的矛盾：若背景模型持续更新，低速停留人体对应的占用网格可能被逐步并入背景，使后续人体目标区域被削弱或丢失；若仅放宽背景抑制或单纯依据持续占用时间报警，又容易将临时放置物体、短暂停留人员或边界反射干扰判断为异常滞留；与此同时，普通轨迹停留判断通常关注目标是否在区域内持续存在，缺少对目标进入过程、低速停留状态、当前持续占用轮廓以及离开轨迹之间连续关系的校验，难以区分真实人体滞留、固定物体遗留和短时经过后的残留反射；由此，现有毫米波雷达异常滞留检测在低速人体目标保持、固定物体遗留排除以及人员进出轨迹连续性判定方面仍存在不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于毫米波雷达的异常滞留行为检测系统，以解决毫米波雷达用于异常滞留检测时，低速停留的人体目标容易被背景模型逐步吸收，固定物体遗留和环境固定反射干扰又容易在雷达图像中形成持续占用，从而影响异常滞留行为检测准确性的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供基于毫米波雷达的异常滞留行为检测系统。该系统包括毫米波雷达探测器、存储器、处理器和异常输出接口；毫米波雷达探测器、存储器和异常输出接口分别与处理器连接；毫米波雷达探测器对监测区域连续发射毫米波探测信号并接收目标反射回波；存储器存储预设区域数据、背景模型、人体目标判定参数、雷达图像序列和人体目标历史数据。

3、预设区域数据包括预设区域边界、滞留时间限值、位移限值、速度限值、低速确认帧数、出口确认帧数、相邻空间网格连接规则、轮廓重叠限值和中心偏移限值。

4、处理器根据连续多帧目标反射回波生成与监测区域对应的雷达图像序列；生成雷达图像序列时，处理器根据毫米波雷达探测器的安装位置、探测方向和监测区域边界建立空间网格，并将同一时间窗口内得到的距离信息、方位信息、径向速度信息和回波强度信息映射至空间网格，使不同雷达图像中的同一空间网格对应监测区域内的同一位置范围。

5、雷达图像序列包括空间占用图像、速度状态图像和回波强度图像。空间占用图像记录空间网格内是否存在目标回波，速度状态图像记录空间网格内目标的径向速度，回波强度图像记录空间网格内目标反射回波的强度值。

6、处理器在雷达图像序列中提取人体目标区域；人体目标区域由空间占用图像中的连续占用区域确定，并由速度状态图像和回波强度图像按照人体目标判定参数进行校验；人体目标判定参数包括人体目标尺度范围、速度变化范围和回波强度范围；处理器将当前雷达图像中的人体目标区域与人体目标历史数据进行匹配，人体目标历史数据包括已关联人体目标轨迹的中心位置、区域轮廓、占用面积、速度状态和回波强度状态；当当前人体目标区域与已关联人体目标轨迹末端的人体目标区域满足中心位置变化未超过关联距离、区域轮廓存在重叠且速度差未超过速度连续限值时，处理器将当前人体目标区域加入对应的人体目标轨迹；关联距离和速度连续限值由空间网格尺寸和雷达图像采集时间间隔确定。

7、当人体目标轨迹进入预设区域后，处理器根据预设区域数据判断人体目标轨迹是否满足低速停留条件；低速停留条件为：人体目标轨迹进入预设区域后，在不少于低速确认帧数的连续雷达图像中，人体目标轨迹的中心位置变化不大于位移限值，且速度状态图像中与该人体目标轨迹对应的径向速度不大于速度限值。

8、满足低速停留条件时，处理器锁存该人体目标轨迹从进入预设区域至满足低速停留条件期间的雷达图像片段，形成滞留前态雷达图像；滞留前态雷达图像包括人体目标轨迹进入预设区域时的入口轨迹片段、人体目标轨迹满足低速停留条件时的空间占用轮廓以及与空间占用轮廓对应的回波强度分布；入口轨迹片段由人体目标轨迹中从预设区域边界外进入预设区域边界内的连续占用网格构成。

9、出口轨迹由人体目标轨迹中从预设区域边界内移动至预设区域边界外，且在预设区域边界外连续出现的雷达图像帧数达到出口确认帧数的连续占用网格构成；处理器根据滞留前态雷达图像确定背景保护区域。

10、具体地，处理器将滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓所在空间网格及其相邻空间网格确定为基础保护区域，并根据后续雷达图像中与人体目标轨迹连续对应的占用位置变化，对基础保护区域进行扩展或者收缩，得到随人体目标轨迹变化的背景保护区域；背景保护区域与该人体目标轨迹绑定。

11、在人体目标轨迹未形成出口轨迹之前，处理器对背景保护区域内与人体目标轨迹对应的占用网格执行保护更新；保护更新包括不将占用网格的图像数据写入背景模型，或者按照小于非保护区域的背景更新权重将占用网格的图像数据写入背景模型；背景更新权重为当前雷达图像中对应空间网格的图像数据写入背景模型时采用的融合比例。

12、处理器在背景保护区域内生成与人体目标轨迹对应的滞留证据图像。

13、生成滞留证据图像时，处理器对背景保护区域内与人体目标轨迹连续对应的空间网格进行占用时间累计，形成占用保持图；将当前雷达图像中持续占用的空间占用轮廓与滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓进行差异提取，形成滞留变化图。

14、滞留证据图像由占用保持图和滞留变化图组合形成；占用保持图记录同一人体目标轨迹在同一空间网格或者按照相邻空间网格连接规则确定的相邻空间网格内的连续占用时间；滞留变化图记录人体目标轨迹满足低速停留条件后的占用扩展、占用收缩和占用中心偏移；当前持续占用轮廓由占用保持图中达到滞留时间限值的连续占用网格构成。

15、处理器根据滞留证据图像、滞留前态雷达图像和出口轨迹判断是否输出异常滞留行为检测结果；当前持续占用轮廓与滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓之间的轮廓重叠比例达到轮廓重叠限值，当前持续占用轮廓的中心位置与滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓的中心位置之间的偏移量不大于中心偏移限值，并且当前持续占用轮廓与滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓之间存在符合相邻空间网格连接规则的连接关系时，确定滞留证据图像与滞留前态雷达图像满足前态对应条件；当滞留证据图像中的占用时间累计结果达到滞留时间限值，滞留证据图像与滞留前态雷达图像满足前态对应条件，且人体目标轨迹未形成出口轨迹时，处理器通过异常输出接口输出异常滞留行为检测结果。

16、采用上述技术方案，毫米波雷达探测器采集的目标反射回波被转换为同一空间坐标基准下的雷达图像序列，人体目标区域、人体目标轨迹、滞留前态雷达图像、背景保护区域和滞留证据图像均以空间网格为共同数据基础。

17、由此，前后处理环节中的位置数据、占用轮廓和时间累计结果具有对应关系，避免不同处理阶段的数据对象脱节。

18、采用上述技术方案，处理器在人体目标轨迹进入预设区域并满足低速停留条件时锁存滞留前态雷达图像，并以该滞留前态雷达图像确定背景保护区域。

19、该背景保护区域与对应的人体目标轨迹绑定，在未形成出口轨迹之前不按照非保护区域的方式写入背景模型，使低速停留人体目标对应的占用网格能够继续参与后续滞留证据图像生成。

20、采用上述技术方案，处理器通过占用保持图记录连续占用时间，通过滞留变化图记录占用轮廓变化，再结合前态对应条件和出口轨迹对异常滞留行为进行判断；异常滞留行为检测结果不是仅依据瞬时速度或者单一停留时间输出，而是由入口轨迹、持续占用、前态对应和未形成出口轨迹共同确定，从而能够区分人体异常滞留、人体短暂停留、固定物体遗留和环境固定反射干扰。

21、本发明的有益效果如下：

22、1、本发明通过毫米波雷达探测器连续采集监测区域内的目标反射回波，并将距离信息、方位信息、径向速度信息和回波强度信息映射至同一空间坐标基准下的空间网格，形成包括空间占用图像、速度状态图像和回波强度图像的雷达图像序列，使后续人体目标区域提取、人体目标轨迹关联、滞留前态雷达图像锁存、背景保护区域确定以及滞留证据图像生成均以同一空间网格为引用基础；该处理方式使各雷达图像之间的同一空间网格对应监测区域内的同一位置范围，人体目标的中心位置、区域轮廓、占用面积、径向速度状态和回波强度状态能够在连续雷达图像中保持统一的数据来源，避免在不同处理阶段分别采用不同坐标基准或不同目标对象导致的轨迹断裂、位置误配和区域误判；由此，异常滞留检测不再单独依赖某一帧雷达图像中的目标存在状态，而是基于同一人体目标在连续雷达图像中的空间占用和运动变化进行判定，能够为后续低速停留识别和异常输出提供连续、可追溯的数据基础。

23、2、本发明通过在人体目标轨迹进入预设区域后，并未直接将低速目标作为普通静态目标处理，而是在人体目标轨迹满足由预设区域数据确定的低速停留条件时，锁存该人体目标轨迹从进入预设区域至满足低速停留条件期间的雷达图像片段，形成滞留前态雷达图像；再根据滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓确定背景保护区域，并将背景保护区域与对应人体目标轨迹绑定；在人体目标轨迹未形成出口轨迹之前，背景保护区域内与该人体目标轨迹对应的占用网格不写入背景模型，或者按照小于非保护区域的背景更新权重写入背景模型；该处理链条使背景模型更新受到滞留前态雷达图像和人体目标轨迹绑定关系的共同约束，避免低速停留人体目标因中心位置变化小、径向速度低而被持续更新的背景模型逐步吸收；相较于单纯静态杂波抑制或者稳定散射区域过滤方式，能够在保留固定散射抑制能力的同时，保持低速停留人体目标对应的空间占用网格继续参与后续滞留证据图像生成。

24、3、本发明通过在背景保护区域内生成与人体目标轨迹对应的滞留证据图像，使异常滞留判断由占用保持图、滞留变化图、滞留前态雷达图像和出口轨迹共同确定；占用保持图记录同一人体目标轨迹在同一空间网格或者相邻空间网格内的连续占用时间，滞留变化图记录当前持续占用轮廓相对于滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓所产生的占用扩展、占用收缩和占用中心偏移；在当前持续占用轮廓与滞留前态雷达图像中的空间占用轮廓满足轮廓重叠限值、中心偏移限值和相邻空间网格连接规则，且人体目标轨迹未形成出口轨迹时，处理器输出异常滞留行为检测结果；该判断过程同时利用入口轨迹、低速停留状态、持续占用时间、空间轮廓对应关系和离开状态，能够区分人体异常滞留、人体短暂停留、固定物体遗留以及环境固定反射干扰，避免仅依靠持续占用时间、单帧目标存在状态或者普通轨迹停留结果造成误报或漏报，使异常滞留输出具有明确的数据来源和判定依据。