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人体探测:雷达技术为何超越PIR传感器

2024年09月16

 

作者Jayshree Pashupati Jha 在使用FMCW MIMO雷达技术进行人体探测和活动探测方面具有丰富的专业知识, 是这方面的专家。

 

Sreevatsan Madhavan 是图像信号处理和相机传感器领域的专家,曾在不同的ISP平台上工作过。

 

Gokhun Tanyer 擅长于系统工程、雷达、MIMO、稀疏阵列、超分辨率、活动感知和多传感器融合算法,他是一位汽车雷达技术专利持有人。

介绍

对于室内环境下的不同应用中,物体是否存在的检测 是至关重要。例如现代智能家居系统、安全系统和工 业应用中。无论是在智能家居中检测人,或是检测评 估微波炉或冰箱中的食品质量,或在工业4.0中保证产 品质量等这些应用中,实现物体检测的高预测性和准 确性对于设备效率至关重要。

目前,许多设备使用PIR传感器的基于物体温度 和形状的红外辐射变化的特性进行检测。但是,使用 无线电波的雷达技术进行检测要优于PIR。在这篇博客 文章中,我们将比较PIR和雷达技术的能力,以解释 为什么雷达正在成为未来可靠性和效率的选择。

传感器理解

让我们深入研究每个传感器的细节,以确定如何根据您的需求做出最佳选择。

PIR传感器:公认的选择

被动红外(PIR)传感器是一种运动探测器,用于探测 其范围内物体发出的红外辐射。其原理是通过检测运 动中热特征的变化,从而根据识别运动来标记物体的 出现。它作为安全摄像头的预过滤机制,优化运动检 测和资源使用。

他是如何工作的?

PIR传感器由热电材料制成,分为两半,用于感应红外辐 射。该传感器配备了菲涅耳透镜装置,通过将红外信号聚 焦到检测区域来增强传感器的视场。当一个物体在传感器 的范围内移动时,它会在两半之间产生辐射的差异变化, 这种变化表明带有热量的物体的运动。这些变化会产生电 脉冲,传感器会对其进行分析,以区分实际运动和环境波 动,从而确保可靠的检测。

雷达传感器:先进技术

雷达(无线电检测和测距)使用无线电波来探测和定位环境中的物体。与PIR传感器不同,它是一种有源传感设备,有自己的发射器产生电磁波。它的应用因频率而不同:较低的频率(MHz)适用于长距离和恶劣的条件,而较高的频率(GHz)可提供精确的目标识别和跟踪。

雷达是如何工作的?

雷达的工作原理是回波现象。雷达的发射器发射电磁波,当电磁波达到目标时,电磁波会反射回接收器。然后使用数字信号处理(DSP)对这些接收到的信号进行处理,以确定目标的位置、速度和方向。雷达通过测量信号的往返时间来计算距离,通过多普勒频移确定速度,并根据不同天线检测到的相位差找到角度方向。这为各种监控应用提供了实时态势感知。

分析利弊:PIR与雷达

PIR 雷达
检测能力
通过红外线检测物体的存在和运动
使用距离信息检测运动物体的距离、方位角和仰角或静止 物体的形状
多人检测
是的
视场(FoV)
窄视角视场
宽视角视场
范围
高达10米
可达数公里(可穿透室内墙壁)
环境因素
对温度、天气、光线和障碍物敏感
受温度、天气、照明和障碍物的影响较小
成本
更少
相对较高
能耗
安装便捷
简单
复杂
使用范围
仅适用于室内应用
室内和室外应用
其他因素
在LOS路径中运行(拐角区域存在问题)
对微小变化敏感,需要复杂的算法

物体检测的重要性

通过集成物体检测技术,我们可以在多个领域创建更智能、更安全、更高效的环境。它通过自动化响应来增强用户体验,例如调整照明、加热和冷却。在工业应用场景中,它通过监控和检测事件来确保操作安全。 让我们更深入地了解为什么雷达是更好的选择。

为什么选择雷达技术?

我们认识到,PIR传感器易于集成,成本效益高,但存在重大局限性,使其在监控应用中的可靠性值得怀疑。雷达技术以微小运动检测而闻名,可以通过调整信号的相位和幅度来聚焦特定方向,提高位置检测的效率和精度。它不仅可以检测运动物体,还可以提供运动方向和速度等细节,从而实现可靠和精确的检测。

先进的雷达解决方案可以采用过滤雨、风和雾的检测,使其在恶劣条件下有效。它们可以看穿墙壁,区分人类和小动物。只为人类激活安全摄像头。它可以预测一个人静止时的呼吸频率(RR)和心率(HR)。这种多功能性使雷达能够独特地适应各种存在检测应用。

雷达在探测方面表现出色的案例

自适应街道照明

利用雷达技术,当一个人进入视角范围(FoV)时,可以动态调整照明水平,将光线引导到他们的路径上,并区分人类和非人类,以有效优化能源使用。

安全与监控

Radar can be Integrated in security cameras to detect intruders through walls, track and identify movements, enhancing security in adverse weather conditions and low visibility.

工业自动化和机器人

雷达可以准确地跟踪工业环境中物体的运动和位置,使工人安全和自动化过程成为可能。

老年护理

雷达的非侵入性和非接触性可以增强老年人的隐私和独立性,同时跟踪不活动、运动、占用、跌倒,确保安全和健康。阅读我们关于利用深度学习雷达技术转变老年护理的博客 

结论

在本博客中,我们讨论了雷达和PIR的优缺点,并应将其整合到使用PIR的各种产品中,以通过最大限度地减少误报来提高可靠性和改善用户体验。此外,当前人工智能增强了雷达信号的输出分析。人工智能算法可以移植到DSP和FPGA上,以提升输出的结果,并使设备节能。

MulticoreWare拥有先进信号处理和人工智能方面的专家 。可以定制算法,提高边缘雷达解决方案的性能和可靠性。如需了解更多信息 info@multicorewareinc.com

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