本发明涉及用于对感测区域中的对象执行基于声音的感测的系统、方法和计算机程序。
背景技术：
1、由于许多人在电脑前工作并且坐在办公桌前，考虑到改善人的健康，人的坐姿非常重要。非人体工程学的坐姿可以导致健康状况下降，特别是考虑到背部疼痛。应该注意的是，在家或办公室不正确的坐位姿势可能不会导致激励损伤，但如果存在长期曝露于不正确的姿势的情况，损伤可能会在数月或数年后显现。
2、图1示出了在办公桌处的健康坐姿的表现。人30坐在办公桌40处的椅子40上，在键盘42上打字并且观看显示器41。此外，灯34放置在办公桌40上。出于人体工程学的坐位姿势，腰部角4应该≤20°、颈部角3应该≤20°、视角2应该在15与30°之间、并且视距1应该在50与80cm之间。不正确坐位姿势的预防对于改善经常坐在办公桌前的人的健康非常重要。
3、已知若干用于检测不正确坐位姿势的基于相机或基于压力传感器的解决方案。
4、li等人在国际分布式传感器网络杂志2021年7月7日发表的“sitsen：passivesitting posture sensing based on wireless devices”展示了一种使用rfid标签非接触式基于无线的坐位姿势检测。
5、us2012/116252a1公开了身体取向和/或姿势的检测。至少一个波传感器可以被配置为输出波，并基于输出波的反射收集测量数据。至少一个处理器可以被配置为从至少一个波传感器接收测量数据并评估接收的测量数据以确定被监测对象的姿势。至少部分地基于所确定的姿势，可以实施一个或多个合适的控制动作。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种非侵入式感测能力使能够检测对象的不正确的坐位姿势。
2、在本发明的第一方面中提出了一种用于对感测区域中的对象执行基于声音的感测的系统。感测由在感测区域中执行基于声音的感测的网络设备的网络执行。至少一个网络设备包括声音生成器和至少一个包括声音检测器的网络设备。网络设备分布在感测区域中并基于rf信号彼此通信。声音生成器生成声音信号并且声音检测器在声音信号传播通过感测区域的至少一部分后检测声音信号。声音传感器生成指示检测到的声音的感测信号。声音生成器和声音传感器被布置在不同的网络设备处或不同的网络设备中。坐姿检测器基于感测信号检测对象的坐姿。因此，可以提供允许主动地感测感测区域中的对象的主动检测。
3、网络设备的网络也可以理解为感测网络，其包括至少两个网络设备，特别是至少一个适于生成声音的网络设备和至少两个适于检测声音的网络设备。优选地，该网络包括三个以上的网络设备，其中网络中的网络设备的数量可以基于在其中应该发生感测的感测区域进行调整。例如，空间越大，网络中可以提供的网络设备就越多，和/或空间的形状越复杂，网络中可以提供的网络设备就越多。优选地，所有网络设备都包括声音生成器并因此适于生成声音，以及声音检测器并因此适于检测声音。然而，该网络也可以包括专用于生成声音的一个或多个网络设备，并因此仅包括声音生成器和专用于检测声音的两个或更多网络设备，并因此仅包括声音检测器。
4、坐姿检测器可以适于控制至少一个声音生成器，特别是控制包括声音生成器的网络设备，以生成预定声音。预定声音通常可以指可以由声音生成器提供的任何声音，并且包括预定特性，如预定长度、预定频谱、预定幅度等。
5、在一个实施例中，坐姿检测器可以被配置为估计正坐在桌子或办公桌处的对象(特别是人)的臀部和头部位置。利用关于臀部和/或头部位置的信息，坐姿检测器可以对人的坐姿执行更好的估计。
6、在一个实施例中，坐姿检测器可以包括控制器，以控制至少一个网络设备的操作。因此，例如，网络设备之一中的声音生成器和/或声音检测器的操作可以由坐姿检测器控制。
7、在一个实施例中，坐姿检测器的控制器可以控制声音生成器的操作，以确定至少一个第一和/或第二音频通道中生成的声音信号的声波和/或频率。因此，坐姿检测器可以控制声音生成器的操作。可选地，如果需要，控制器可以调整声音生成器的操作。
8、在一个实施例中，第一音频通道可以处于可听频率范围内并且第二音频通道可以处于不可听频率范围内。可选地，可听频率范围可以低于18khz。可选地，不可听频率范围可以>18khz。因此，也可能生成不被人类听见的声音信号，并因此对人类没有负面影响。如果存在宠物也可以调整频率范围。可选地，系统的用户可以向控制器提供宠物是否可能存在或是否可能发生或请求其他限制的信息。
9、在一个实施例中，至少一个声音生成器在第一音频通道中生成声音信号。至少一个第二生成器在第二音频通道中生成第二声音信号。至少一个声音传感器被配置为检测第一音频通道中的声音信号，并生成指示所检测的声音信号的感测信号。声音传感器也可以被配置为检测第二音频通道中的声音信号，并生成指示检测的声音信号的感测信号。作为替代，可以为第二音频通道提供第二声音传感器。因此，可以基于具有不同频率的声音信号来执行基于声音的检测，以增加基于声音的对象感测的准确性和鲁棒性。
10、在一个实施例中，坐姿检测器的控制器可以控制声音生成器在第一音频通道中生成可听声音信号或不可听声音信号，并且可以控制声音生成器在第二音频通道中生成不可听声音信号或可听声音信号。仅当坐姿检测器已经检测到对象的正确头部位置时，控制器可以可选地启动不可听声音信号或可听声音信号的生成。因此，在感测区域中降低发出的声音信号的量是可能的。如果检测到的头部位置不是正确的头部位置，那么可以避免臀部位置的检测。因此，可以降低系统中的音频污染水平。
11、在一个实施例中，坐姿检测器包括跌倒检测器以基于来自声音传感器的感测信号确定对象或人是否已经从椅子上跌倒。因此，该系统可以扩展到跌倒检测。这可以是特别有利的，如果正坐在办公桌处的人是老年人，或者如果在办公桌处正在工作的人倾向入睡时。
12、在一个实施例中，坐姿检测器可以基于来自至少一个声音传感器的感测信号来确定与先前确定的坐位姿势相比关于坐位姿势的异常，并且如果确定异常，则发出警告。这对于检测或监测例如老年人以警告关于可能指示疾病或病痛的任何坐位姿势也是有利的。
13、在本发明的另外的方面中，提供了一种基于网络设备的网络用于对感测区域中的对象执行基于声音的感测的方法，该网络设备被配置为在感测区域中执行基于声音的感测。网络设备分布在感测区域中，并被配置为基于rf信号彼此通信。声音信号由网络设备之一中的声音生成器生成。来自声音生成器的声音信号在传播通过感测区域的至少一部分之后被检测到，并且由网络设备之一中的声音传感器生成指示检测到的声音的感测信号。声音生成器和声音传感器被布置在不同的网络设备处。基于来自声音传感器的感测信号来检测感测区域中对象的坐姿。
14、在一个实施例中，可以检测用户的绝对坐姿或相对坐姿。相对坐姿可用于确定例如老年人坐位姿势中的异常。垂头弯腰的姿势可能指示抑郁症的诊断特征。
15、根据一个实施例，利用不可听声音感测(其仅具有短的感测范围)检测第一头部位置。这可以定向检测头部位置。如果检测到正确的头部位置，可以激活可听声音感测(其具有的感应范围长达5m)。
16、替代地，首先执行可听感测以利用长感测范围(可听音频信号)确定躯干位置(臀部位置)。只有当躯干位置正常时执行不可听感测来检测头部位置。
17、根据一个实施例，智能设备可用于向用户转发如何安置智能设备以改善音频感测的信息。例如，第一网络设备可以实现为具有声音生成器的照明设备，以及例如像笔记本电脑或智能手机等智能设备的麦克风可以用作系统中的声音传感器。
18、坐姿检测器可以包括可以控制网络设备的操作的控制器。特别地，控制器可以控制声音生成器的操作(例如声音信号的声音波形、频率)。坐姿检测器还可以包括存储器，用于存储和跟踪随时间变化检测的头部和/或臀部的位置。坐姿检测器还可以包括跌倒检测器，其能够基于来自声音传感器的检测到的音频信号来检测人从椅子上跌倒。坐姿检测器还可以包括警报单元，用于如果在检测到不正确的坐姿或如果跌倒时向人发出警报。
19、通常，声音生成器和声音检测器可以被视为声音传播对，由声音生成器生成的声音在声音传播对之间在多径传输通道中从声音生成器传播到声音检测器。优选地，声音生成器和声音传感器被布置在不同的网络设备处或不同的网络设备中。比如，音频多径传输通道可以是三维的，并且被塑形使得其在声音生成的点处较窄，在通过空间传播期间较宽，并且在被声音检测器检测的点处再次较窄。然而，音频多径传输通道的确切形状由环境确定，特别是声音传播穿过的感测区域。通常，由于所生成的声音在一个或多个表面上的不同反射，音频多径传输通道可以被视为包括多个音频路径。比如，多个音频路径中的一个可以指检测前被桌子反射的声音，一个可以指生成和检测之间的直接路径，并且一个可以指在检测前来自墙壁的反射。由于声音由至少一个声音生成器生成，然后由多个声音检测器检测，因此在感测期间可以运用不同的(即多个)通道，这些通道又包括多个音频路径。因此，生成后的声音传播是指多通道传播，其中每个检测器将多通道中的一个检测为检测到的声音。基于该检测到的声音，坐姿检测器然后适于控制检测器以生成指示检测到的声音的感测信号。感测信号可以特别指指示检测到的声音的电信号。
20、被对象确定单元利用的感测信号指示在比如几秒钟的预定时间段内检测到的声音。因此，感测信号通常不是指一个值，而是指在预定时间段内对检测到的声音的连续测量。例如，时间段可以由声音生成器生成的预定声音的长度来确定，并且检测到的声音的测量可以在例如声音生成器开始生成预定声音的同时开始。特别是，在小的感测区域中，声音在声音生成器和声音检测器之间的传播时间可以忽略不计。
21、在一个实施例中，状态和/或位置基于i)多个检测到的感测信号的信号强度和/或基于ii)从多个检测到的感测信号和预定生成的声音导出的通道状态信息来确定。关于第一选项，感测区域中至少一个对象的状态和/或位置可以基于多个检测到的感测信号的信号强度。由于感测信号的信号强度取决于直接或间接到达声音检测器的声音的幅度，因此单个强度指示声音可以从声音生成器传播到声音检测器的不同路径。由于这些路径高度取决于声音生成器和声音检测器之间的环境，并且因此也取决于环境中对象的位置，因此信号强度指示这些位置。此外，由于利用了多个检测到的感测信号的信号强度，其中感测信号是由布置在不同方位的声音检测器的检测产生的，因此由感测信号提供来自多个不同声音路径的关于网络设备环境的信息。
22、在第二选项中，感测区域中至少一个对象的位置可以基于从多个检测到的感测信号和确定的生成声音中导出的通道状态信息。通道状态信息指示声音已经采用的从声音生成器到声音检测器的路径的属性，并从而描述声音已经如何从声音生成器传播到声音检测器。因此，通道状态信息也指示声音沿着传播路径与对象的相互作用。因此，通道状态信息提供了关于声音已经与其相互作用(例如，声音已经从其反射、散射或吸收)的网络环境的非常准确的信息。由于预定生成的声音是已知的，并且由于网络的网络特性，因此可以从感测信号和预定生成的声音中导出通道状态信息。
23、在一个实施例中，坐姿检测器被调整使得将声音生成器生成预定声音作为定向声音，其中定向声音被定向到至少一个人。生成定向声音具有的优点在于可以最小化不应被检测到的其他对象的影响。此外，还可以最小化比如像墙壁、天花板或地板等一般环境对检测到的声音的影响。如果从声音生成器到人的直接视线被阻挡，则定向声音也可以被定向到房间中的平坦表面，使得平坦表面的反射到达该对象。在这种实施例中，优选的是，平坦表面不经常改变其状态和位置，使得感测信号的变化仅指示对象的变化，并且不指示也列于信号路径中的平坦表面的变化。为了生成定向声音，可以采用任何已知的方法。例如，声音生成器可以适于包括具有多个声音生成器扬声器的扬声器阵列，其允许基于由每个单独扬声器生成的声音的干涉来引导由扬声器阵列生成的声音。
24、在一个实施例中，坐姿检测器被调整为使得将声音生成器生成预定声音作为全向声音。将预定声音生成为全向声音具有的优点在于可以考虑网络整个环境的状态和/或位置。
25、在一个实施例中，每个声音检测器包括声音检测器阵列，使得多个感测信号中各自指示从中检测到的声音已经到达检测阵列的方向，其中坐姿检测器适于进一步基于由每个感测信号提供的方向信息来确定人的状态。特别地，声音检测器阵列允许更准确地确定声音已经从声音生成器传播到声音检测器的路径，并且特别在这些不同的路径之间进行区分。这允许更准确地确定对象的状态和/或位置。特别地，当使用方向信息确定空间中人的状态时可以是有利的。
26、在一个实施例中，每个网络设备包括声音检测器和声音生成器。坐姿检测器适于控制网络设备的声音生成器生成预定声音和控制所有其他网络设备的声音检测器检测生成的声音，使得对于由不同声音生成器生成的每个声音，生成多个检测到的感测信号，其中人的位置基于多个音频感测信号中的每一个来确定。
27、在一个实施例中，坐姿检测器适于控制网络设备的声音生成器随后生成预定声音，并控制所有其他网络设备的声音检测器检测随后生成的声音。特别地，坐姿检测器可以适于控制第一网络设备(即第一网络设备的声音生成器)以生成预定声音，并控制所有其他网络设备(即所有其他网络设备的检测器)以检测第一网络设备的生成的声音，以生成与第一生成的预定声音相对应的感测信号。然后，坐姿检测器适于控制第二网络设备生成预定声音，和控制所有其他网络设备检测预定声音以生成与第二生成的预定声音相对应的感测信号，并一直如此直到所有网络设备已经至少生成一次预定声音。然后，坐姿检测器适于基于所有感测信号确定空间中至少一个人的位置，其中同样在这种情况下，例如，也可以利用上面已经描述的基于多个音频感测信号中的每一个来确定对象的状态和/或位置的方法。由不同声音生成器生成的不同预定声音的时间序列可以彼此相似或可以彼此不同。
28、在另一个优选实施例中，坐姿检测器适于控制声音生成器同时生成不同的预定声音，和控制所有其他网络设备的声音检测器检测不同生成的声音，使得由声音检测器生成针对每个不同的预定声音的感测信号。不同的预定声音优选地是指列于不同频率范围内的声音。例如，坐姿检测器可以适于控制第一声音生成器在可听频率范围内生成具有第一频率的第一声音，并且同时控制第二声音生成器在可听频率范围内生成具有第二频率的第二声音。如果选择第一和第二频率列于足够不同的频率范围内，则可以由声音检测器将两个检测到的声音分开，以针对不同的预定声音生成不同的感测信号。因此，可以同时感测涉及声音生成器和声音检测器的不同组合的感测信号。此外，上述实施例也可以组合。
29、在这种实施例中，坐姿检测器适于控制网络设备的声音生成器随后生成不同的预定声音，并控制所有其他网络设备的声音检测器检测随后生成的不同声音。特别地，在声音检测器和声音生成器的不同组合需要不同频率来确定对象的状态和/或位置的情况下，这种组合可能是有利的。
30、根据一个实施例，网络设备可以实现为灯(天花板灯、台灯)、智能设备(智能手机、智能手表、平板电脑、智能扬声器)或具有网络功能的电子设备(例如笔记本电脑)。
31、在一个实施例中，至少一个网络设备包括实现照明功能的照明单元。然而，在其他实施例中，网络设备还可以包括其他功能，如娱乐功能、监测功能等。
32、在本发明的另一个方面中，提出了一种用于对感测区域中的人执行基于声音的感测的计算机程序产品，其中该计算机程序产品包括用于导致上述系统执行上述方法的程序代码装置。
33、应当理解，包括该系统的系统、方法、计算机程序和网络具有类似和/或相同的优选实施例，特别如从属权利要求中所限定的。
34、应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。
35、应当理解，上述方面以及特别是权利要求1的系统、权利要求14的方法和权利要求15的计算机程序产品具有类似和/或相同的优选实施例，特别如从属权利要求中所限定的。
36、参照下文所述的实施例，本发明的这些和其他方面或实施例将变得显而易见并得到阐明。
1.一种用于对感测区域(20)中的对象(30)执行基于声音的感测的系统，包括
2.根据权利要求1所述的系统，其中
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中
4.根据权利要求3所述的系统，其中
5.根据权利要求4所述的系统，其中
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中
7.根据权利要求6所述的系统，其中
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中
12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中
14.一种用于基于网络(10)对感测区域(20)中的对象(30)执行基于声音的感测的方法，所述网络(10)包括至少两个网络设备(100)，其被配置为在感测区域(20)中执行基于声音的感测，其中所述网络设备(100)分布在感测区域(20)中，并且被配置为基于rf信号彼此通信，所述方法包括以下步骤：
15.一种用于对感测区域(20)中的对象(30)执行基于声音的感测的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品包括程序代码装置，用于使权利要求1至13中任一项所述的系统执行根据权利要求14所述的方法。
