一种远红外安全监测系统及方法与流程

1.本发明涉及安全监测技术领域，尤其涉及一种远红外安全监测系统及方法。


背景技术：

2.对被看护对象进行睡眠监测能够及时知晓被看护对象在睡眠过程中的一些问题或风险，比如在特殊看护领域，被看护对象可能将双手藏在被子里进行一些自残、小动作等未知风险行为，为了保障被看护对象的安全，让整个看护过程安全可控，通常需要让被看护对象在整个睡眠过程中双手放在被子外面；并通过对被看护对象进行睡眠监测，能够及时发现这些行为，从而避免造成较大危害。
3.在现有技术中，依靠看守人员通过监控去人工识别，但由于存在视觉疲劳，难以实现24小时不休眠的准确看护，效率低、成本高；还有通过图像识别的方法，但由于被看护对象衣服穿着等影响因素，会增大图像识别的误差，从而增大漏报风险。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供一种远红外安全监测系统及方法。
5.第一方面，在一个实施例中，本发明提供一种远红外安全监测系统，包括：
6.采集设备；采集设备包括相互连接的供电单元和处理单元、与处理单元连接的热电堆阵列，以及设置在热电堆阵列接收侧的镜头；
7.热电堆阵列用于对目标区域进行红外强度监测，目标区域包括头部区域和上肢区域，得到所有监测点对应的监测红外强度，将所有监测红外强度发送至处理单元；
8.镜头用于使热电堆阵列的监测区域与目标区域对应；
9.处理单元用于确定目标红外强度并根据目标红外强度确定被看护对象的目标姿势。
10.第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种远红外安全监测方法，应用于上述一个实施例中的远红外安全监测系统；远红外安全监测方法包括：
11.热电堆阵列对目标区域进行红外强度监测，得到所有监测点对应的监测红外强度，将所有监测红外强度发送至处理单元；
12.处理单元确定目标红外强度，并确定出目标红外强度的目标数量；根据目标数量确定被看护对象的目标姿势；根据目标姿势确定状态监测结果。
13.通过上述远红外安全监测系统及方法，利用热电堆阵列来获取与目标区域对应的多个监测红外强度，处理单元能够基于所有监测红外强度确定其中的目标红外强度，目标红外强度表示的是被看护对象露出的皮肤所辐射红外光的强弱，根据目标红外强度及目标数量来确定被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果，即能通过被看护对象的头部及双手的露出皮肤情况来判断被看护对象是否处于安全状态；整个监测过程实现全自动化，效率极高，精度高；此外，由于只是通过监测红外强度获取被看护对象的生物体征信息，因此具有一定的隐蔽性，不会存在通过视频获取被看护对象隐私信息的问题。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
15.其中：
16.图1为本发明一个实施例中远红外安全监测系统的结构示意图；
17.图2为本发明一个实施例中被看护对象的标准睡眠姿势的示意图；
18.图3为本发明一个实施例中预设窗口为2*2的提取示意图；
19.图4为本发明一个实施例中预设窗口为1*1的提取示意图；
20.图5为本发明一个实施例中远红外安全监测方法的流程示意图。
21.上述附图中：t1、头部区域；t2、第一手部区域；t3、第二手部区域。
具体实施方式
22.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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.第一方面，如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种远红外安全监测系统，包括：
25.采集设备；采集设备包括相互连接的供电单元和处理单元、分别与处理单元连接的热电堆阵列和通信单元，以及设置在热电堆阵列接收侧的镜头；
26.热电堆阵列对目标区域进行红外强度监测，所述目标区域包括头部和上肢区域，得到所有监测点对应的监测红外强度，将所有监测红外强度发送至处理单元；
27.其中，热电堆阵列包括多个热电堆，每个热电堆对应一个监测点，热电堆通过接收物体辐射的红外光强弱输出红外强度；
28.其中，热电堆阵列可以包括8*8＝64个热电堆；热电堆阵列一般安装在被看护对象进行睡眠的床垫或床体对应的天花板上；如图2所示，被看护对象穿着衣服睡觉(也可以躺在床上但未睡觉)，被看护对象的目标姿势为头部及双手均露在被子外且无任何遮挡(此为标准睡眠姿势)，热电堆阵列监测到目标区域内出现三个红外强度最强的区域，即监测到被看护对象的头部区域t1、第一手部区域t2和第二手部区域t3，三个高强度区域内能够出现目标红外强度，目标红外强度即为高于红外强度阈值的强度。
29.镜头用于对红外光进行聚焦或散焦，以使热电堆阵列的监测区域与目标区域对应；
30.处理单元用于确定所有监测红外强度中的目标红外强度，并根据目标红外强度确定被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果，将目标姿势和/或状态监测结
果通过通信单元进行上报。
31.其中，当被看护对象采用标准睡眠姿势进行睡觉时，可以确定有三个局部区域中分别存在目标红外强度，由于露出的皮肤所辐射的红外强度是明显大于被子和衣服表面所辐射的红外强度，因此可以通过目标红外强度确定被看护对象的露出的皮肤的情况，从而确定被看护对象的目标姿势，如图2所示，被看护对象此时为标准睡眠姿势，也即状态监测结果为安全状态。
32.其中，在一个实施例中，由于红外强度和温度存在一定的正比关系，因此处理单元可以将获取的所有监测红外强度转换为监测温度，其转换方式可以参考现有技术，这里不进行赘述，可以通过这种转换方式实现对被看护对象露出的皮肤的温度监测，处理单元可以确定所有监测温度中的目标温度，并确定目标温度的目标数量，根据目标数量确定被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果，将目标姿势和/或状态监测结果通过通信单元进行上报。
33.其中，在其他实施例中，处理单元还可以直接根据状态监测结果发送告警信息至对应的现场告警单元进行告警提示，而不用通过通信单元进行上报。
34.通过上述远红外安全监测系统，利用热电堆阵列来获取与目标区域对应的多个监测红外强度，处理单元能够基于所有监测红外强度确定其中的目标红外强度，若出现目标红外强度则表示被看护对象露出的皮肤所辐射的红外强度，从而根据目标红外强度判断被看护对象的皮肤露出情况，进而确定被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果；并及时通过通信单元进行上报；整个监测过程实现全自动化，效率极高，精度高；此外，由于只是通过监测红外强度获取被看护对象的生物体征信息，因此具有一定的隐蔽性，不会存在通过视频获取被看护对象隐私信息的问题。
35.在一个实施例中，镜头包括凸透镜、凹透镜中的一种。在实际运用场景中，被看护对象所使用床体的摆放位置可以依据采集设备的实际安装需求进行调整，镜头可以采用传统的凸透镜，将其布置于成像距离相对固定的最佳位置处，不进行调焦也能保证热电堆阵列的监测区域与目标区域一致，且对应的所有监测点都位于目标区域内，实现了安全监测。
36.其中，若采用本实施例中的凸透镜，还可以采用菲涅尔透镜技术对传统凸透镜进行加工，来减薄减轻凸透镜，减小了镜头本身的体积和重量，降低了成本。
37.在一个实施例中，热电堆阵列安装于天花板上，其与被看护对象存在一定距离，而热电堆对测量距离有要求，一般限制在约0.5-1m范围内，而热电堆阵列与被看护对象之间的距离通常大于该范围，因此增加凸透镜来对红外光进行聚焦，以提高探测距离，从而提高监测效果。
38.如图1所示，在一个实施例中，采集设备还包括：
39.与处理单元连接的运动单元；
40.运动单元用于驱动镜头运动进行调焦；也可以用于驱动热电堆阵列(其布置于采集设备中的电路板)运动进行调焦。
41.其中，运动单元主要是通过控制镜头与热电堆阵列之间的距离，从而实现调焦。
42.其中，可以通过输入单元来输入对应的指令至处理单元，处理单元根据指令控制运动单元。
43.由于热电堆阵列是固定在房间的天花板上，而被看护对象可能会进行变更，被看
护对象进行睡眠的床垫或床体也可能会发生变更，从而导致目标区域和监测区域出现不一致；采用运动单元则可以通过调焦重新使目标区域和监测区域一致，能够适应包含上述变更情况在内的各种变更情况，避免对热电堆阵列进行重新安装或更换，降低了使用成本、提高了效率。
44.在一个实施例中，运动单元包括磁性运动机构、电动推杆机构或气动推杆机构。
45.其中，磁性运动机构利用通电线圈的电流大小来控制磁力以实现一定范围内的运动。
46.在一个实施例中，运动单元还用于驱动镜头和热电堆阵列运动来进行朝向调整。
47.其中，运动单元主要带动镜头和热电堆阵列进行转动，使其朝向被看护对象。
48.其中，可以通过输入单元来输入对应的指令至处理单元，处理单元根据指令控制运动单元。
49.通过运动单元控制镜头的朝向，能够提高监测效果。
50.如图1所示，在一个实施例中，上述远红外安全监测系统还包括：
51.能够与通信单元进行通信的定位设备；
52.定位设备用于获取被看护对象的第一位置坐标并通过通信单元发送至处理单元；
53.处理单元还用于根据第一位置坐标和热电堆阵列自身的第二位置坐标控制运动单元。
54.其中，热电堆阵列的位置是固定的，因此第二位置坐标是一个定值；处理单元能够根据第一位置坐标和第二位置坐标得到被看护对象和热电堆阵列之间的距离信息和方位角信息，从而根据距离信息和方位角信息控制运动单元，由运动单元控制镜头的调焦和朝向。
55.通过定位设备来获取被看护对象的第一位置坐标，能够使处理单元根据第一位置坐标和第二位置坐标对运动单元进行自动控制，极大的提高了调整效率和精确度。
56.如图1所示，在一个实施例中，定位设备包括：
57.能够与通信单元进行通信的定位基站以及用于设置在被看护对象身上的定位标签；
58.定位基站用于基于rssi或aoa获取定位标签的第一位置坐标并通过通信单元发送至处理单元。
59.其中，rssi(received signal strength indication)是指接收的信号强度指示，通过接收到的信号强度来测定信号点与接收点的距离，进而通过多个距离确定一个坐标；aoa(angle-of-arrival)是指到达角度测距，通过感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，进而通过多个到达方向确定一个坐标。
60.第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种远红外安全监测方法，应用于上述一个实施例中的远红外安全监测系统；远红外安全监测方法包括：
61.在热电堆阵列对目标区域进行红外强度监测，得到所有监测点对应的监测红外强度，将所有监测红外强度发送至处理单元的步骤之后，
62.处理单元确定所有监测红外强度中的目标红外强度，并确定的所有目标红外强度的目标数量，根据目标数量来判断被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果。
63.通过上述远红外安全监测方法，利用热电堆阵列来获取与目标区域对应的多个监测红外强度，处理单元能够基于所有监测红外强度确定其中的目标红外强度，并确定目标红外强度的目标数量，根据目标数量来确定被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果，目标红外强度表示被看护对象露出的皮肤所辐射的红外强度，即通过被看护对象头部及双手的皮肤露出情况就能判断被看护对象是否处于安全状态；并及时通过通信单元进行上报，在其他实施例中，也可通过处理单元直接根据状态监测结果发送告警信息至对应的现场告警单元进行告警提示；整个监测过程实现全自动化，效率极高，精度高；此外，由于只是通过监测红外强度获取被看护对象的生物体征信息，因此具有一定的隐蔽性，不会存在通过视频获取被看护对象隐私信息的问题。
64.在一个实施例中，远红外监测安全监测方法还包括：
65.处理单元将获取的所有监测红外强度转换为监测温度，并确定的所有目标温度的目标数量，根据目标数量来判断被看护对象的目标姿势，根据目标姿势得到状态监测结果，其中，将监测红外强度转换为监测温度的计算方式可以参照现有技术的方式，这里不进行展开阐述。
66.其中，被看护对象采用如图2所示标准睡眠姿势睡眠时，其头部及双手均露在被子外且无任何遮挡，即对应确定到的目标温度为三个，分别对应头部、左手和右手，目标温度即为与周围温度差值大于温度阈值的高温点，这里温度阈值可以设置为4.5℃，而实际温度阈值一般和环境相关，具体可以基于实际场景统计分析得到；当确定有三个目标温度时，即可判断被看护对象的状态监测结果为安全状态；基于被看护对象采用标准睡眠姿势进行睡觉，在某一次监测中获取的多个监测温度如表1所示：
[0067][0068]
表1
[0069]
当然，在其他实施例中，还可以进一步确定目标温度的分布位置，是否符合头部、左手和右手对应的分布位置，或通过判断三个目标温度的分布位置是否符合一定的几何拓扑关系，若符合，则判断被看护对象的状态监测结果为安全状态；如图2所示，三个目标温度
的分布位置符合头部、左手和右手对应的分布位置，三个目标温度的分布位置构成了三角形，这时，可以确定被看护对象的状态监测结果为安全状态，此时不需要看护对象进行干预动作，当然这里的几何拓扑关系并不仅限于上述三角形。
[0070]
在一个实施例中，状态监测结果具体分为安全状态、一般安全状态、危险状态。在实际监测场景中，若目标温度的目标数量多于两个时，被看护对象的目标姿势为安全状态，不需要对其进行干预；若目标数量为两个时，看护对象需根据被看护对象的戒备等级划分去判断是否需要进行干预动作，若被看护对象的危险程度较高，要及时对其进行干预，若被看护对象的危险程度较低，需根据目标温度的分布位置来判断其双手是否均露出被子外，若双手均露出被子外，被看护对象的目标姿势为一般安全状态，则可不进行干预；若目标温度的目标数量少于两个时，可以判断被看护对象的目标姿势为危险状态，这时需看护对象对被看护对象进行及时干预。
[0071]
在一个实施例中，确定目标红外强度的目标数量，包括：
[0072]
确定所有监测红外强度中的所有目标红外强度；
[0073]
将目标红外强度进行输出；其中，若某一区域内存在多个位置相邻的目标红外强度，则将该多个目标红外强度中的一个进行输出；
[0074]
统计输出的目标红外强度的数量，得到目标数量。
[0075]
在一个实施例中，处理单元将监测红外强度转换为监测温度，并确定目标温度及目标数量，其得到目标数量的方法与上一个实施例的方法相似。
[0076]
其中，由于监测点的分布问题，可能会导致被看护对象的头部、左手或右手的区域对应有多个监测点，该区域会出现多个目标温度(比如参照上述表1，被看护对象的头部、左手和右手的区域对应的监测点分别都有两个，也即分别有两个目标温度)，影响判断效果，因此需要针对该情况确定其中的一个目标温度进行输出。
[0077]
通过对区域内位置相邻的多个目标温度进行择一输出，提高了后续判断效果。
[0078]
在一个实施例中，根据目标数量确定被看护对象的目标姿势，包括：
[0079]
将目标数量进行特征匹配，得到匹配结果；
[0080]
将匹配结果对应的样本姿势作为目标姿势。
[0081]
其中，可以预先建立目标数量与姿势对应的样本库，在获取到当前的目标温度时，直接将其与样本库中的样本进行特征匹配，从而根据匹配结果将对应的样本姿势作为目标姿势。
[0082]
通过特征匹配的方式，提高了判断效率。
[0083]
如图3所示，在一个实施例中，确定所有监测温度中的目标温度，包括：
[0084]
获取预设窗口；每个预设窗口对应的区域为多个监测温度对应的区域的总和；
[0085]
根据预设窗口对所有监测温度进行区域划分，得到多个代表区域；
[0086]
对于每个代表内的所有监测温度求取加权平均温度，将加权平均温度作为代表区域的代表温度；
[0087]
确定所有代表温度中的目标温度。
[0088]
其中，预设窗口设置为n*n，若当n＝1时，如图4所示，每个预设窗口对应的区域也可以和一个监测温度对应的区域一致，如此则不需要求取加权平均值；若当n＝2时，则预设窗口设置为2*2，则对应8*8的热电堆阵列获得的监测温度可以从8*8的温度矩阵降维成4*4
的温度矩阵；确定4*4的温度矩阵(即如图3所示的4*4＝16个代表区域)中的目标温度，其中，温度阈值为4.5℃。
[0089]
其中，α1 α2 α3 α4＝1；α为加权系数。
[0090]
在其他实施例中，获取加权平均强度的方法同上一实施例，这里不再赘述。
[0091]
其中，求取加权平均值的目的是降维和滤波，降维是为了减小计算复杂度，滤波目前主要是为了消除突变干扰，进行噪声处理，从而降低了后续进行判断的数据量，提高了监测可靠性。
[0092]
在一个实施例中，在根据目标红外强度确定被看护对象的目标姿势的步骤之后，远红外安全监测方法还包括：
[0093]
处理单元重新进入确定所有监测温度中的目标红外强度的步骤，直至得到一定时间内的多个目标姿势；将目标姿势通过通信单元进行上报，若多个目标姿势均为双手露出被子且未被遮挡的状态，则可以判断为安全状态。
[0094]
其中，处理单元可以按照预设时间间隔读取热电堆阵列的数据，预设时间间隔可以设为1s，并进行分析判断。若某一次确定的目标姿势可能因系统出现差错和其他干扰因素介入而导致出现误差，因此可以通过累计判断一定时间内的目标姿势，而该时间内的目标姿势均为双手露出被子且未被遮挡的状态，则可以排除系统差错或其他干扰因素，最后才能得到状态监测结果为安全状态。通过检测一定时间内的目标姿势，提高了可靠性。
[0095]
在一个实施例中，采集设备还包括与处理单元连接的运动单元；远红外安全监测方法还包括：
[0096]
处理单元发送第一控制信号至运动单元，以控制运动单元驱动镜头运动来进行调焦。
[0097]
在一个实施例中，远红外安全睡眠监测系统还包括能够与通信单元进行通信的定位设备；远红外安全睡眠监测方法还包括：
[0098]
定位设备获取被看护对象的第一位置坐标并通过通信单元发送至处理单元；
[0099]
处理单元根据第一位置坐标和热电堆阵列自身的第二位置坐标确定被看护对象和热电堆阵列之间的距离信息，根据距离信息生成所述第一控制信号。
[0100]
其中，比如第一位置坐标为(x
p
,y
p
,z
p
)，第二位置坐标为(xd,yd,zd)，则对应的距离信息
[0101]
在一个实施例中，根据距离信息生成第一控制信号，包括：
[0102]
获取预设映射模型；
[0103]
将距离信息代入预设映射模型，得到与距离信息对应的最佳焦距；
[0104]
根据最佳焦距生成第一控制信号。
[0105]
其中，可以预先建立距离信息与最佳焦距之间的预设映射模型，当获取到距离信息后即可代入预设映射模型来得到对应的最佳焦距，从而根据最佳焦距生成对应的第一控制信号。
[0106]
在一个实施例中，远红外安全监测方法还包括：
[0107]
处理单元根据第一位置坐标和第二位置坐标确定被看护对象和热电堆阵列之间的方位角信息，根据方位角信息生成第二控制信号；
[0108]
处理单元发送第第二控制信号至运动单元，以控制运动单元驱动镜头和热电堆阵列运动来进行朝向调整。
[0109]
其中，也可以建立方位角信息与最佳朝向的映射模型，从而在获取到方位角信息后直接代入该映射模型来得到对应的最佳朝向，根据最佳朝向生成对应的第二控制信号。
[0110]
在一个实施例中，定位设备包括能够与通信单元进行通信的定位基站以及用于设置在被看护对象身上的定位标签；定位设备获取被看护对象的第一位置坐标，包括：
[0111]
定位基站基于rssi或aoa获取定位标签的所述第一位置坐标。
[0112]
如图1和图5所示，为了使本发明的技术方案更加清楚，现结合上述实施例进行整体说明，在一个实施例中，远红外安全监测方法包括：
[0113]
启动热电堆阵列；
[0114]
定时读取，典型地，1s读取一次热电堆阵列的数据；
[0115]
初始化特征提取窗口，如图4所示，直接以1*1的窗口进行特征提取，提取之后原表格式不变(如图3所示，也可以以2*2的窗口进行均值计算，以2为步长进行移动，将原温度数据降维为4*4的温度矩阵)；
[0116]
寻找整个温度矩阵内的局部目标温度；
[0117]
邻近目标温度筛出，若存在多个位置相邻的目标温度，则取其中之一进行输出；
[0118]
特征匹配，一般地，标准睡眠姿势可以检测到三个目标温度；
[0119]
根据特征匹配情况确定状态监测结果是否为安全状态；
[0120]
上报状态监测结果，等待下一次数据采集。
[0121]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0122]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。