[發明專利]基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法

有效

• 申請號: 202010524283.5
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111753678B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 王柱;徐偉;於志文;郭斌
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F18/2411
• 分類號: G06F18/2411;G06F18/10
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 劉偉

本發明根據行走路徑計算行走方向，按照就近原則選擇靠近用戶的一個收發器采集到的速度合成用戶真實行走速度，分別提取不同的百分位速度以提取細粒度步態特征，通過機器學習方法SVM為每個用戶建立二分類身份識別模型，識別不同人的身份。基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法指的是通過部署兩對感知設備以弱化行走路徑約束，結合不同設備捕捉到的多普勒頻譜信息，跟蹤用戶實時位置、判斷行走方向并計算步速，根據用戶與兩個感知設備位置之間的三角關系進行速度合成得到用戶真實速度并提取細粒度步態特征識別用戶身份。

技術領域

本發明涉及基于超聲波信號的人體行為感知領域，尤其涉及室內環境下用戶行走路徑跟蹤與細粒度步態感知方法。

背景技術

身份識別技術在我們日常生活中扮演著越來越重要的作用，現有市場主流的身份識別技術主要基于計算機視覺圖像等技術，以人臉、指紋和虹膜等生物特征為識別依據，在識別時需要用戶靠近傳感設備采集數據，對光線、距離等因素敏感，因此無法支持遠距離身份識別且存在隱私泄露的風險，難以滿足光照不足等特殊環境下的身份識別需求。目前已經有許多基于無線信號(Wi-Fi，雷達等)的新型身份識別方法，然而，由于雷達設備昂貴、WiFi信號對真實環境適應性不強等問題對身份識別場景帶來很多困難，超聲信號具有傳播速度慢等先天優勢，可以在身份識別領域得到很好效果，我們在2019年UbiComp發表的《AcousticID:Gait based Human Identification Using Acoustic Signal》文章中提出了一種基于超聲信號的步態感知與身份識別方法，可以作為門禁等身份控制系統解決方案，但是該方法的主要缺點在于僅使用單對音頻收發設備，并且要求用戶在開闊區域直線行走足夠距離(2～3m)，很難在家庭或辦公室等室內環境提供身份識別服務，因此需要結合多個收發設備研究室內的身份識別方法。

發明內容

針對以上缺陷，本發明提供一種可以在家庭或辦公室等室內環境提供身份識別服務的、基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法，本發明的技術方案為：

基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法，包括以下步驟：步驟1：將揚聲器和麥克風分綁定在一起構成一個收發器，采用兩個收發器放置在距離地面約60cm高的位置，分別部署在正方形室內區域的正交的兩條邊；

步驟2：計算機控制兩個收發器發射不同頻段的信號并接收；

步驟3：對兩個收發器采集到的信號分別進行濾波處理；

步驟4：基于濾波后的回波信號，采用基于子帶譜熵的端點檢測算法提取存在步態信號的片段并對信號進行對齊；

步驟5：通過短時傅里葉變換分析將時域信號片段轉換到時頻域并根據頻譜規律將感知區域分為四個子區域，分別提取軀干速度確定用戶位置并跟蹤其行走路徑；

步驟6：根據行走路徑計算行走方向，按照“就近原則”選擇靠近用戶的一個收發器采集到的速度合成用戶真實行走速度，分別提取不同的百分位速度以提取細粒度步態特征；

步驟7：通過機器學習方法SVM為每個用戶建立二分類身份識別模型，識別不同人的身份。

進一步地，基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法，步驟2中所述兩個收發器發射超聲波信號頻率分別為18KHz、20KHz，麥克風采集回波信號的采樣頻率均為48KHz。

進一步地，基于超聲波的多設備協同步態感知與身份識別方法，步驟3所述帶通和帶阻濾波器均為巴特沃斯濾波器，帶通濾波器截止頻率分別為17.3KHz(19.3KHz)、19.3KHz(20.7KHz)，帶阻濾波器截止頻率分別為17985Hz(19985Hz)、18015Hz(20015KHz)。