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【专利解密】Wi-Fi信号也能实现人体检测?乐鑫科技提出相关技术方案

来源:爱集微

#专利解密#

06-08 10:15

【嘉勤点评】乐鑫科技发明的利用Wi-Fi进行人体检测的方案,利用子载波信道频率响应来完成人体体征的检测,具有成本低、适用范围广以及人体检测准确率高的优点。此外,通过对阈值进行自动校准,有效的提高了设备的稳定性。

集微网消息,人体行为识别是利用计算机技术实现肢体运动自动检测、分析和理解的技术,被广泛应用于智能家居、安防监控、医疗康复、人机交互等新兴领域。

常见的人体行为识别通常可以分为两类:接触式和非接触式。可穿戴设备是接触式行为识别系统的关键载体,但是存在可穿戴设备昂贵、用户穿戴不便、注意力侵扰等限制。同其相比,非接触式的行为识别能提供无设备的感知服务和友好的用户交互,因此得到了研究人员的关注。

目前,非接触式的行为识别主要依靠深度摄像头和无线电信号。然而,前者的普及受限于光照条件、视距路径干扰、监控死角和隐私问题;后者通常需要部署专用的实验设备,难以大规模推广。同时,作为城市基础设施,商用Wi‑Fi设备所提供的无线信号具有普适、易用、高性价比、传输距离远等优势,近年来在人体行为识别领域被广泛关注。

早期工作基于Wi‑Fi接收信号强度(RSS)实现简单的室内人员运动检测,为了进一步提升感知粒度和识别精度,研究人员开始从Wi‑Fi商业网卡中提取物理层的信道状态信息(CSI)。CSI能够刻画感知目标所引发多径链路变化,从而利用子载波层次的幅值和相位信息实现更复杂精细的行为识别,如室内活动监测、摔倒检测、步态认证和手势识别。

然而大多数方法在建立Wi‑Fi信号扰动与人体行为之间的映射关系时,需要丰富的专业知识和领域经验来指导模型设计、信号挖掘和特征选取,这使系统的稳定性、实用性和整体精度不高。因此,为了实现稳健、普适、高精度的人体行为识别效果,乐鑫科技在2021年1月11日申请了一项名为“一种Wi-Fi人体检测的方法和智能设备”的发明专利(申请号:202110029206.7),申请人为乐鑫信息科技(上海)股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图,为该专利中发明的Wi‑Fi人体检测的系统示意图,该系统由云服务器100、无线接入点200和智能设备300组成。智能设备通过无线接入点与云服务器通信,并接受来自云服务器的控制命令并反馈执行结果,或者主动上报状态信息。

智能设备利用Wi‑Fi连接的信道状态信息中的子载波信道频率响应的变化(例如与无线接入点之间的Ping包和Ping replay包中包含的子载波信道频率响应信),来检测环境中的人体体征,包含是否有人(人体存在)或是否存在人体移动(人体活动)。

如上图,为该专利中展示的将该Wi‑Fi人体检测方法进行应用的其中一种检测环境(第一检测环境)的示意图。可以看到,第一检测环境包含智能设备和作为子载波数据来源的无线接入点。智能设备向无线接入点持续发送Ping包,然后接收由无线接入点返回的Ping Replay包,从Ping Replay包中携带的子载波信道频率响应中取得信息,完成人体体征的检测。

在该第一检测环境中,仅使用一个智能设备和无线接入点就可以完成配置,较为简单方便。不过第一检测环境依赖于无线接入点的具体状态,例如无线接入点的摆放位置、支持的Wi‑Fi协议等均可能对人体体征检测的结果造成影响。

而如上图,为该专利中展示的将该Wi‑Fi人体检测方法进行应用的另外一种检测环境(第二检测环境)的示意图。可以看到,第二检测环境包含多个智能设备和一个作为子载波数据来源的无线接入点。智能设备向无线接入点持续发送Ping包,从无线接入点接受由其他智能设备返回的Ping Replay包,利用Ping Replay包中携带的子载波信道频率响应中取得信息,从而完成人体体征的检测。

因此可以看出,第二检测环境是对第一检测环境的补充,它不依赖无线接入点的位置,不受无线接入点下所接入的其他网络设备的影响,但是依然依赖于无线接入点的具体状态,例如无线接入点支持的Wi‑Fi协议等均可能对人体体征检测的结果造成影响。

如上图,为根据子载波信道频率响应进行人体体征检测的流程图,该方案中为了避免嵌入式MCU的兼容性问题,所选用的MCU可获取更加底层的Wi‑Fi CSI信号,可以获取全部的子载波的数据,最多可以获取到306条子载波,并且还能获取当前RF底噪、接收时间和天线,该方案对算法进行了优化,去除了冗余的计算。

在该方案中,智能设备从保存的子载波信道频率响应中得到子载波振幅,并分组得到多个数据集,将每获取到50包有效子载波的振幅数据分组为一个数据集,组成矩阵A。之后,矩阵A中子载波振幅分成LLTF、HT‑LTF、STBC‑HT‑LTF三个部分。两两子载波之间的相关系数组成的相关系数向量,两两子载波之间的欧氏距离组成的距离向量。

接着,对上述数据的方差取平均值,分别得到人体活动的检测值和人体存在检测值。最后,对计算得到的数值进行阈值判断:如果人体活动的检测值大于活动阈值,则判断有人活动;如果人体存在检测值大于人体存在阈值,则判断为无人,并将上述结果上传至云服务器。

以上就是乐鑫科技发明的利用Wi-Fi进行人体检测的方案,该方案利用子载波信道频率响应来完成人体体征的检测,具有成本低、适用范围广以及人体检测准确率高的优点。此外,通过对阈值进行自动校准,有效的提高了设备的稳定性。

关于嘉勤

深圳市嘉勤知识产权代理有限公司由曾在华为等世界500强企业工作多年的知识产权专家、律师、专利代理人组成,熟悉中欧美知识产权法律理论和实务,在全球知识产权申请、布局、诉讼、许可谈判、交易、运营、标准专利协同创造、专利池建设、展会知识产权、跨境电商知识产权、知识产权海关保护等方面拥有丰富的经验。

(校对/holly)

责编: 刘燚

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