一种利用相位匹配的车内活体检测方法及设备与流程

1.本发明涉及活体检测技术领域，具体涉及一种利用相位匹配的车内活体检测方法及设备。


背景技术：

2.随着汽车的普及，车辆在人们生活中的使用频率越来越高。然而，家长将幼儿或孩童遗留在车内，主人将宠物遗留在车内，最终酿成悲剧的事件时有发生，给许多家庭造成了巨大的伤痛。因此实现车内活体检测报警的功能已经迫在眉睫。
3.传统的思路是在车内安装摄像头，利用图像技术或者视频技术对车内物体进行是否有活体进行检测。车内为私密空间，在车内安装摄像头使得个人隐私受到了威胁，因此需要一种隐私性更强的传感器代替摄像头对车内的活体进行检测。
4.毫米波雷达作为一种隐私性极强的传感器在车内活体检测方面得到了应用。常规的方法利用毫米波雷达回波二维频谱对特定距离-多普勒区域内的能量进行检测。此方法在检测区域有晃动物体或车体本身有晃动的情况下极易发生误报事件（如拖车使车体的晃动，主驾座椅后悬挂饰品的晃动等），这样的误报将会给使用者带来很大的麻烦。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种利用相位匹配的车内活体检测方法及设备。
6.为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种利用相位匹配的车内活体检测方法，包括：向车内发出雷达探测信号，并接收回波信号；对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息；对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算；利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，
其中，表示与在时间维进行卷积运算，为雷达一帧数据的慢时间；对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值；将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。
7.进一步的，所述滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息；利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，其中，为雷达距离目标的距离，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。
8.进一步的，所述理想环境为摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。
9.进一步的，所述阈值通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。
10.进一步的，所述雷达探测信号为毫米波雷达探测信号或超声波雷达探测信号。
11.在第二方面，本发明提供了一种利用相位匹配的车内活体检测设备包括：雷达模块，用以向车内发出探测信号，并接收回波信号；相位信息采样模块，用以对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息；相位信息处理模块，用以对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，
其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算；匹配模块，用以利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，其中，表示与在时间维进行卷积运算，为雷达一帧数据的慢时间；计算模块，用以对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值；判别模块，用以将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。
12.进一步的，所述滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息；利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，其中，为雷达距离目标的距离，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。
13.进一步的，所述理想环境为摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。
14.进一步的，所述阈值通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。
15.进一步的，所述雷达模块为毫米波雷达模块或超声波雷达模块。
16.有益效果：本发明通过利用特定距离上雷达慢时间相位对胸腔起伏非常敏感且呈特定的周期性变化，实现对车内的活体进行检测；本发明可以利用单个毫米波等传感器进行活体检测，在低漏警概率的情况下降低了虚警概率，尤其在降低车体晃动和车内晃动物体引起的误报率方面有良好的效果。
附图说明
17.图1是利用相位匹配的车内活体检测方法的流程示意图；图2是利用相位匹配的车内活体检测设备的结构示意图；图3是不同场景下得到的相关性普函数的最大值随时间变化的仿真图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
19.如图1所示，本发明实施例提供了一种利用相位匹配的车内活体检测方法，包括：向车内发出雷达探测信号，并接收回波信号。该雷达探测信号包括毫米波雷达探测信号或超声波雷达探测信号。以毫米波雷达信号为例说明，毫米波雷达混频后的中频信号表示为：为：其中，为雷达载频，为第个发射信号，为第个信号时雷达与目标的距离，为目标运动的速度，为线性调频信号的调频斜率，为雷达一帧数据的快时间，为雷达一帧数据的慢时间，为目标的初始距离。
20.对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息。在慢时间维提取的人体胸腔起伏引起人体不同部位运动导致的相位变化，人体不同部位雷达上反映在距离上，因此将这种随“距离-慢时间”周期变化的相位记为。
21.为了消除相位值对匹配结果的影响，对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算。
22.利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，其中，表示与在时间维进行卷积运算。
23.对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值。可参见图3，图3中最上侧的线为车内有活体的场景下得到的随时间变化线，图3中位于中间的线为车内没有活体但车内有物体晃动场景下得到的随时间变化线，图3中最下侧的线为车内没有活体车辆自身晃动场景下得到的随时间变化线，可以看出，在车内有活体时，得到的随时间变化线远高于晃动场景下得到的随时间变化线，从而可对车内是否有活体精准检测，将车内物品晃动引起的误警率降低。
24.将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。
25.本发明实施例的滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息。具体的，该相位信息的提取方式与上述相位信息相同，上述理想环境可以是摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。
26.利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，其中，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。
27.本发明实施例的阈值优选通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。
28.基于以上实施例，本领域技术人员可以理解，本发明还提供了一种利用相位匹配的车内活体检测设备，包括雷达模块1、相位信息采样模块2、相位信息处理模块3、匹配模块4、计算模块5和判别模块6。
29.其中，雷达模块1用以向车内发出探测信号，并接收回波信号。雷达模块为毫米波雷达模块或超声波雷达模块。
30.相位信息采样模块2用以对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采
样，得到雷达回波慢时间维的相位信息。在慢时间维提取的人体胸腔起伏引起人体不同部位运动导致的相位变化，人体不同部位雷达上反映在距离上，因此将这种随“距离-慢时间”周期变化的相位记为。
31.相位信息处理模块3用以对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算。
32.匹配模块4用以利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，其中，表示与在时间维进行卷积运算，为雷达一帧数据的慢时间。
33.计算模块5用以对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值。可参见图3，图3中最上侧的线为车内有活体的场景下得到的随时间变化线，图3中位于中间的线为车内没有活体但车内有物体晃动场景下得到的随时间变化线，图3中最下侧的线为车内没有活体车辆自身晃动场景下得到的随时间变化线，可以看出，在车内有活体时，得到的随时间变化线远高于晃动场景下得到的随时间变化线，从而可对车内是否有活体精准检测，将车内物品晃动引起的误警率降低。
34.判别模块6用以将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。
35.本发明实施例的滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息。具体的，该相位信息的提取方式与上述相位信息相同，上述理想环境可以是摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。
36.利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，
其中，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。
37.本发明实施例的阈值优选通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种利用相位匹配的车内活体检测方法，其特征在于，包括：向车内发出雷达探测信号，并接收回波信号；对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息；对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算；利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，其中，表示与在时间维进行卷积运算，为雷达一帧数据的慢时间；对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值；将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。2.根据权利要求1所述的利用相位匹配的车内活体检测方法，其特征在于，所述滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息；利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，其中，为雷达距离目标的距离，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。3.根据权利要求2所述的利用相位匹配的车内活体检测方法，其特征在于，所述理想环
境为摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。4.根据权利要求1所述的利用相位匹配的车内活体检测方法，其特征在于，所述阈值通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。5.根据权利要求1所述的利用相位匹配的车内活体检测方法，其特征在于，所述雷达探测信号为毫米波雷达探测信号或超声波雷达探测信号。6.一种利用相位匹配的车内活体检测设备，其特征在于，包括：雷达模块，用以向车内发出探测信号，并接收回波信号；相位信息采样模块，用以对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息；相位信息处理模块，用以对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，其中，为均值运算，为取最大值函数，为取模运算；匹配模块，用以利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，其中，表示与在时间维进行卷积运算，为雷达一帧数据的慢时间；计算模块，用以对相关性普函数在慢时间t内取最大值，得到，其中，为在慢时间t内取最大值；判别模块，用以将与设定的阈值进行比较，若大于，则判断为车内有活体，否则，判断为车内没有活体。7.根据权利要求6所述的利用相位匹配的车内活体检测设备，其特征在于，所述滤波器系数通过以下方式获得：在慢时间维提取理想环境中胸腔起伏引起的雷达回波相位信息；利用采集的相位信息计算匹配滤波器系数，
其中，为雷达距离目标的距离，表示 的翻转，为对取共轭运算，为均值运算，为幅度归一化系数，其可表示为：其中，为取最大值函数，为取模运算。8.根据权利要求7所述的利用相位匹配的车内活体检测设备，其特征在于，所述理想环境为摆放有用于模拟活体呼吸的活体模型的雷达暗室。9.根据权利要求6所述的利用相位匹配的车内活体检测设备，其特征在于，所述阈值通过以下方式获得：设定可以接受的虚警率，采集各种场景下的大量数据，求取各个场景下的相关性谱函数极大值的集合y，对集合y求分布，根据的集合y分布找出虚警率为的值设为阈值。10.根据权利要求6所述的利用相位匹配的车内活体检测设备，其特征在于，所述雷达模块为毫米波雷达模块或超声波雷达模块。

技术总结
本发明公开了一种利用相位匹配的车内活体检测方法及设备。该方法包括向车内发出雷达探测信号，并接收回波信号，对选取的检测区域中雷达慢时间维的相位信息进行采样，得到雷达回波慢时间维的相位信息；对慢时间维的相位信息进行幅度归一化处理，得到幅度归一化相位信息，利用预设的滤波器系数和幅度归一化相位信息进行匹配滤波，得到相关性谱函数，对相关性普函数在慢时间内取最大值，将相关性普函数在慢时间内取最大值与设定的阈值进行比较，若相关性普函数在慢时间内取最大值大于设定的阈值，则判断为车内有活体。本发明通过单个毫米波雷达即可实现车内活体检测，在低漏警概率的情况下降低了虚警概率。情况下降低了虚警概率。情况下降低了虚警概率。


技术研发人员：王一鸣 顾超 徐明成 谷邦杰
受保护的技术使用者：南京楚航科技有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25