专利名称：提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器的制作方法
技术领域：
本发明涉及图形识别技术领域，特别是一种防宠物踩踏式报警装置以及一种提取目标区域的形状特征参数的方法。
背景技术：
2010年6月提交国家知识产权局专利局审查的“无线防触摸踩踏式彩灯音乐报警器”(申请号201020223668.X)等实用新型专利提出了一种由纵、横两层导线网组成的踩踏式报警装置，随后，试图借助单片微型计算机技术，设计出扫描跟踪被踩踏区域的轮廓、 测量若干被踩踏区域的长度或面积等特征参数的方法，又提出了 “防宠物踩踏式报警器及其区分人与小动物踩踏的方法”(申请号201010198721.X)、“防宠物踩踏式报警器及其同时测量若干区域长度的方法”(申请号2010102^536. 0)、“防宠物踩踏式报警器及其同时测量若干区域面积的方法”(申请号21010102^539. 4)等发明专利，使得踩踏式报警器能够识别人与小动物的踩踏，实用于防盗报警工作。

发明内容
本发明的目的是提供一种提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器，它以踩踏式报警器为物理基础，利用单片机技术，提出一种提取被踩踏区域的形状特征参数的方法，据此方法单片机系统能够提取、记忆并识别被踩踏的区域，在受到未被记忆的踩踏时发出报警声。本发明实现其目的所采用的技术方案是所述踩踏式报警器由一个长方形框架、 电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、学习电路、音乐电路以及提取并记忆、 识别区域形状特征参数的程序组成；其中，长方形框架的上部和底部各有一组电极，分别称之为列电极组和行电极组，每一组电极包括72根彼此独立、间距均勻、裸露的导线，两组导线排列的方向相互垂直，列电极组的导线分别依序连接到并入串进电路的各个并行输入端，行电极组的导线分别依序连接到串入并出电路的各个并行输出端，单片机系统装载有提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序，单片机系统的口线Pl. 0分别连接一个按键开关和一个下拉电阻，按键开关与下拉电阻的另一端分别连接到电源正极与负极，构成学习电路，口线P3. 7连接到音乐电路的输入端，电池组作为本装置的电源。所述长方形框架的上部和底部的两组电极由该框架的两侧绝缘隔离并支撑着。所述单片机系统包括一块单片机及其晶振电路和上电复位电路、随机存储器电路，其中，随机存储器电路由一块74HC373和若干64KB的RAM组成。所述串入并出电路由9块74HC164级联组成第一块74HC164的信号串行输入端 A连接到单片机系统的输出口线Pl. 2，其最高位输出端QH连接到第二块的信号串行输入端 A，第二块的最高位输出端QH连接到第三块的信号串行输入端A，依次类推，共产生8 (位/ 块)X9块=72位的信号并行输出端；9块74HC164的清零端与信号串行输入端B都连接到电池组的正极，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 3。
所述并入串进电路由9块74HC165级联组成最后一块74HC165的并入串出信号端QH连接到前一块的信号串行输入端DS，依次类推，共产生8 (位/块)X 9块=72位的信号并行输入端，每一位信号并行输入端还各自连接一个下拉电阻到电池组的负极，第一块 74HC165的并入串出信号端QH连接到单片机系统的输入口线Pl. 5，这9块74HC165的并入数据装载控制端/PL都连接到单片机系统的输出口线Pl. 6，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 7，它们的时钟使能输入端/CE都连接到电池组的负极。所述提取并记忆，识别区域形状特征参数的程序包括提取并记忆区域的形状特征参数的方法以及识别区域形状特征参数的方法，具体如下所述步骤一、行电极组的导线逐根轮流输出高电平，同时检测列电极组导线的电平的高低情况，一旦检测到发生了从低到高的电平变化，则启动提取并记忆区域形状特征参数的程序提取目标区域的轮廓，它以其轮廓格点的集合IOi (X，y)}表示，分析区域轮廓的特征轴，它以区域的特征轮廓格点对，据此，提取目标区域的形状特征参数，称之为当前目标区域的形状特征参数，该参数共有4j组，并依序存放在预定的存储器空间；步骤二、查看学习电路中的按键开关是否闭合是，把当前目标区域的形状特征参数存放在预定的存储器空间，该参数共有4j 组，称之为已记忆目标区域的形状特征参数；否，则逐组比较当前目标区域的形状特征参数与已记忆目标区域的形状特征参数，已记忆目标区域的数目根据学习电路中的按键开关被启动的次数增加，每一块已记忆目标区域的形状特征参数组都包括4j组，每4j组之一组中只要有的数据与当前目标区域的形状特征参数的4j组中之一组相一致，就判断为两者相符，然后，通过单片机输出口线P3. 7发送出高电平信号脉冲，激励音乐电路发出报警音乐；参数可以预先设置，根据实验调整，例如r%= 60% ；步骤三、跳转步骤一。所述提取并记忆区域形状特征参数的程序包括提取并保存目标区域的形状特征参数的方法，其步骤如下步骤一、建立直角坐标系行电极组的导线彼此间距均勻，列电极组的导线也彼此间距均勻，它们在空间纵横交错，其交错处形成了格点；平时，行、列电极在格点处并不发生接触，只有在发生踩踏时才会出现接触；以位于左下角的格点为(平面)直角坐标系的原点，其X轴和Y轴的正方向分别沿行、列电极的排列方向，X轴和Y轴的最小分度值分别等于行、列电极组各自的间距；步骤二、提取目标区域的轮廓，以轮廓格点的集合IOiU, y)}表示，其中，0表示 Outline，下标变量i表示轮廓格点Oi (X，y)在IOiU, y)}中的顺序计数值，由检测目标区域的轮廓的扫描跟踪轮廓格点的方法决定，i = 1，2，3，...，n，n e正整数，沿区域的轮廓顺时钟方向增加；步骤三、分析目标区域的特征轴，它由区域轮廓{A(X，y)}上距离最远的一对轮廓格点{0^和，>0，6^(^)涟线而成，称之为特征轮廓格点对；其中，上标变量j表示目标区域轮廓格点间具有相同的距离、且此距离为最大值的轮廓格点对的数目，对于脚型等踩踏区域，一般地，j = 1，但是，在理论上，j = 1,2,..., f，f e正整数，f <n，下标变量s(j)，e(j)分别表示该特征轮廓格点对的起始格点与末端格点的顺序计数值；具体方法如下步骤1，设置轮廓格点间距离的最大值的寄存器变量为L2，特征轮廓格点对的下标变量i的寄存器变量分别为s (j), e(j)；初始化=L2 = 0, J = 0 ；步骤2，指向第一个起始轮廓格点O1(^y),即i = 1 ；步骤3，设置本轮计算并比较两个轮廓格点间的距离工作的计算器变量k，k e正整数；初始化k = 1 ；步骤4，计算起始轮廓格点Oi (x，y)与某一轮廓格点0i+k(x，y)间的距离的平方值L2l=^k-Xf +{yi+k-yi)2步骤5，如果g > Z2 ’令 j = 1，s (j) = i，e (j) = i+k, L2=L21-,如果钌=L2，令j = j+1, s (j) = i, e (j) = i+k ；如果Z丨< L2，执行下一步骤；步骤6，查看本轮“计算并比较”工作是否已经进行到最末一个轮廓格点如果i+k < n-1，则指向下一个轮廓格点k = k+1，然后，跳转步骤4，继续本轮“计算并比较”工作； 如果i+k = n-1，就结束本轮工作，更新起始轮廓格点为下一个轮廓格点i = i+1 ；步骤7，查看新的起始轮廓格点是否是最末的一个轮廓格点如果i <n-l，跳转步骤3，开始新的一轮计算并比较两个轮廓格点间的距离工作；如果i = n-1，结束全部“计算并比较”工作，轮廓格点间距离的最大值保存在寄存器变量L2中，特征轮廓格点对的下标变量i保存在寄存器变量s (j), e(j)中，特征轮廓格点对的数目保存在上标变量j中。步骤四、根据区域的特征轮廓格点对{0/ω(υ)々/ω(υ)}，提取目标区域的形状特征参数，并依序存放在预定的存储器空间，具体步骤如下步骤1，设置计数器C，初始化c = 0 ；步骤2，c = c+l;步骤3，以区域特征轮廓对之末端格点C^)(x，力为起点，顺时钟方向提取形状特征参数characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤4，以区域特征轮廓对之末端格点Oe%)(x，>0为起点，逆时钟方向提取形状特征参数characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤5，以区域特征轮廓对之起始格点OJw(U)为起点，顺时钟方向提取形状特征参数characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤6，以区域特征轮廓对之起始格点Aiw(U)为起点，逆时钟方向提取形状特征参数characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤7，如果c < j，则跳转步骤9，继续“提取并存放”工作；如果c = j，则结束全部“提取并存放”工作，共获得本目标区域的形状特征参数4j组。所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述以特征轮廓格点对 {Ο/ω(χ，>0，Ο/ω(χ，>0沖的一个格点例如Ο/ω(χ，>0为起始点，顺时钟方向提取目标区域的形状特征参数的方法如下步骤1，设置预定的形状特征参数的提取个数占该区域的全部轮廓格点个数N的百分比为P%，则提取的形状特征参数的个数为characN = INT (NXρ% )；步骤2，设置形状特征参数的计数器为k，初始化k = 0 ；
步骤3，查表计算矢量Ο^ ^ χ^)与X轴的正方向的夹角；步骤4，设置格点的下标变量为i = e(j)；步骤5，如果i < N，则跳转步骤8 ；如果i = N，则查表计算矢量与X轴的正方向的夹角β (1)；步骤6，如果 i3es 彡 β (1)，取 θ (1) = β63-β ⑴，否则取 θ (1)= 360° +(β63-β (1))；步骤7，i = 1，k = k+1 ；步骤8，计算ο/ )—0^^与X轴的正方向的夹角β (i+D ；步骤9，如果 β es 彡 β (i+1)，取 θ (i+1) = β es- β (i+1)，否则取 θ (i+1)= 360° +(β63-β (i+1))；步骤10，i = i+1，k = k+1 ；步骤11，查看是否已经提取到了预定数目的形状特征参数如果k < characN，跳转步骤8，继续提取工作，否则结束本轮提取形状特征参数的工作。所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述以特征轮廓格点对 {0/w(u)，0。(x，州中的一个格点例如0/w(x，_v)为起始点，逆时钟方向提取目标区域的形状特征参数的方法如下步骤1，设置预定的形状特征参数的提取个数占该区域的全部轮廓格点个数N的百分比为P%，则提取的形状特征参数的个数为characN = INT (NXρ% )；步骤2，设置形状特征参数的计数器为k，初始化k = 0 ；步骤3，查表计算矢量与X轴的正方向的夹角；步骤4，设置格点的下标变量为i = e (j)；步骤5，如果i < 1，则跳转步骤8 ；如果i = 1，则查表计算矢？与X轴的正方向的夹角β (N)；步骤6，如果 i3es 彡 β (N)，取 θ (N) = β63-β (N)，否则取 θ (N)= 360° +(U(N));步骤7，i = N，k = k+1 ；步骤8，计算X轴的正方向的夹角β (i_l)；步骤9，如果 β es 彡 β (i-1)，取 θ (i-1) = β es- β (i-1)，否则取 θ (i-1)= 360° +(U (i-1))；步骤10，i = i-1，k = k+1 ；步骤11，查看是否已经提取到了预定数目的形状特征参数如果k < characN，跳转步骤8，继续提取工作，否则结束本轮提取形状特征参数的工作。所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述以特征轮廓格点对 {0}sU){x,y),0iU){x,y)}中的一个格点例如oeJ(J)(x,y)为起始点，顺时钟方向或逆时钟方向提取目标区域的形状特征参数的方法中涉及到的“在直角坐标系中，查表计算矢量
χ轴的正方向的夹角β ”的方法如下
步骤1，建立0° -90°范围内的“ e-tane ”数据表格，即把(θ (ξ)，^ηθ (ξ)) 一对一对依序存放到预定的程序存储器空间里，其中，θ (ξ) =0+ξ Δ θ，计数器变量ξ =0，1，2，...，90，分辨率设置为Δ Θ，取Δ θ =1°，取tan θ (ξ)的值精确到小数点后三位，该表格的起始地址指针设置为16位寄存器变量DPTR_0 ；步骤2，计算t = I ye-ys I / I Xe-Xs I，其值精确到小数点后三位；步骤3，ξ = 0步骤4，根据地址指针 DPTR = DPTR_0+1+ ξ、DPTR = (DPTR_0+2)+1+ ξ 从 “ θ -tan θ ”数据表格中依次取出相应的tan θ ( ξ )与tan θ ( ξ +1);步骤5，如果tan θ ( ξ )彡t彡tan θ ( ξ +1)，则作如下分析如果t-tan θ ( ξ )彡 tan θ ( ξ +l)_t，则取 θ = θ (ξ),如果t-tan θ ( ξ ) < tan θ ( ξ +1)-t，则取 θ = θ ( ξ +1)，然后，执行下一步骤；如果t > tane (ξ)且t > tane (ξ+1)，则 ξ = ξ+1，然后，跳转步骤4 ；步骤6，如果ys ( ye, xs ( xe,则定义矢量0^>0_07(^)与X轴的正方向的夹角β 位于第一象限，S卩β = θ，如果，ys > ye, xs > xe,则定义矢量0:^77)^7(^ 与X轴的正方向的夹角日位于第三象限，S卩β = 180° +θ，如果，ys彡ye, xs彡xe,则定义矢量0^") ^ 与X轴的正方向的夹角β位于第二象限，S卩β = 180° -θ，如果，ys < ye, xs > xe,则定义矢量O;(^，"^"^^^与X轴的正方向的夹角β位于第四象限，即β = 360° -θ。本发明按照行、列两电极组导线的排列建立二维坐标系，扫描检测被踩踏的若干区域、跟踪它们的轮廓、用序数标志各个轮廓内的区域，其优点是，借助单片机就可以分析各目标区域的特征轴，根据区域的特征轮廓格点对以顺时钟和逆时钟两个方向提取出目标区域的4j组形状特征参数，据此，可以记忆并识别被踩踏的区域形状，适用于踩踏式报警器；所述提取并记忆区域的形状特征参数的方法以及识别区域形状特征参数的方法，具有普遍适用的意义。


下面对照附图进一步具体说明本发明。图1是本发明的结构示意图。图2是单片机系统的原理图。图3是串入并出电路的原理图。图4是用数码标志区域的示意图。图5是并入串进电路的原理图。图6是跟踪区域轮廓的规则的示意图，包括情形(a)-(r)；其中，每一种情形的中心为当前坐标位置，虚线箭头表示当前位置的来源方向，实线箭头表示当前位置的移动方向，数据0与其它非1的数据等效，情形(q)表示跟踪轮廓过程中可能遇到的“奇异的隅角”，情形(r)表示跟踪轮廓过程的结束条件，其中的R7对应着本轮跟踪区域轮廓过程所获得的最前面的5个位置坐标之一。图7是说明跟踪被踩踏区域轮廓的前一部分过程的示意图。图8是应用跟踪区域轮廓的规则的实例，图中，a是跟踪区域轮廓的起始点，b是 “奇异的隅角”，d是跟踪过程的终止点。图9图解在直角坐标系中矢量X轴的正方向的夹角β的定义。 注意，图中表示β的弧度箭头总是指向矢量的末端，tanO° = 0 ^ tan θ ( tan90° =⑴， 为增函数。图10图解根据目标区域的一对特征轮廓格点{0s(j) (X，y), 0e(J) (χ, y)}，提取其形状特征参数的方法。(a)以0e(j) (x,y)为起始点，逐个轮廓格点计算2个邻近轮廓格点的连线矢量与特征轴0:(7(^)^^ (表示为TJ的夹角，该计算进行的方向包括顺时钟方向与逆时钟方向，因此，计算结果构成两组形状特征数据；(b)顺时钟方向计算与Tes的夹角θ (i+1)如果β es彡β (i+1)， 取 θ (i+1) U (i+1)，否则取 θ (i+1) = 360° +(β63-β (i+1))，该夹角 θ (i+1)定义为特征轴Tes顺时钟方向旋转该角度以后与重合；(c)逆时钟方向计算与Tes的夹角θ (i-1)如果β es彡β (i-1)， 取 θ (i-1) = β63-β (i-1)，否则取 θ (i-1) = 360° +(β63-β (i-1))，该夹角 θ (i-1)定义为特征轴Tes顺时钟方向旋转该角度以后与重合；上述i3es、β (i+1)、β (i-1)分别表示特征轴、两邻近轮廓格点
的连线矢量)、χ轴的正方向的夹角。根据检测目标区域轮廓的扫描跟踪轮廓格点的方法，轮廓格点Oi(Xd)的下标变量i顺时钟方向递增计数，同时，其下一个轮廓格点0i+1(x，y)位于其4个邻近格点之一，而不会出现在其4个次邻近的格点(即对角线格点)上，因此，.0Jx]~y)0~~(x,y)、X轴的正方向的夹角 β (i+1), β (i-1) = 0,90°，180°，270° 之一。图11是根据目标区域的一对特征轮廓格点{0s(j) (X，y), 0e(J) (χ, y)}，提取其形状特征参数的方法的图解(续)。(a)以0s(j) (x,y)为起始点，逐个轮廓格点计算2个邻近轮廓格点的连线矢量与特征轴￠(7(^7) :^ (表示为Tj的夹角，该计算进行的方向包括顺时钟方向与逆时钟方向，因此，计算结果构成两组形状特征数据；(c)顺时钟方向计算^^""^^与Tse的夹角θ (i+1)如果β se彡β (i+1)， 取 θ (i+1) U (i+1)，否则取 θ (i+1) = 360° +(β36-β (i+1))，该夹角 θ (i+1)定义为特征轴Tse顺时钟方向旋转该角度以后与 ^重合；(b)逆时钟方向计算Tse的夹角θ (i-1)如果β se彡β (i-1)， 取 θ (i-1) = β36-β (i-1)，否则取 θ (i-1) = 360° +(β36-β (i-1))，该夹角 θ (i-1)定义为特征轴Tse顺时钟方向旋转该角度以后与0^:^)(3；70"^)重合；
上述Tse、β (i-1)、β (i+1)分别表示特征轴ο ^Υο^^ )、两邻近轮廓格点的
连线矢量、与χ轴的正方向的夹角。图中，1.长方形框架，11.长方形框架1的侧面(宽)，12.长方形框架1的侧面 (长)，13.长方形框架1底板上的(行)电极组，14.位于长方形框架的上部的(列)电极组，141.目标区域Ι，142.跟踪第一个目标区域的轮廓的起始点，143.跟踪目标区域轮廓的行扫描检测方向，144.跟踪目标区域I获得的轮廓，145.目标区域Π，21. -29. 74HC164， 31.-39. 74HC165。
具体实施例方式本发明包括一个长方形框架(1)、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、学习电路、音乐电路以及提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序。所述提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序涉及“跟踪被踩踏区域的轮廓”和 “用相应的数码标志该轮廓所包围的区域”，即以不同的数码跟踪并标志出不同的被踩踏的区域。对此，2010年7月提交审查的发明专利“防宠物踩踏式报警器及其同时测量若干区域长度的方法”(申请号2010102^536. 0)已经作了清楚的表述，为了精简篇幅，突出主要的内容，本发明不再陈述，摘其有关要点如下1)用#00H，#01H表示区域的被踩踏情况、跟踪区域的轮廓、用被踩踏区域的序数标志轮廓内区域的情形如图4、图7、图8所示。2)其“同时测量若干区域长度以区分脚型程序”之步骤四叙述了 “跟踪被踩踏区域的轮廓”的方法， 它按照从左向右、从上向下的行、列检测顺序，寻找代表被踩踏的电极接触点的数据#01H， 直到最后一行的最后一个坐标点被搜索完毕为止。图6是“跟踪区域轮廓的规则”的示意图。幻跟踪完一块独立的区域以后，踩踏区域数目计数器&加1，表示刚才被跟踪的区域的顺序计数，然后，开始“同时测量若干区域长度以区分脚型程序”之步骤四所述“用相应的数码标志该轮廓所包围的区域”的工作按照从左向右、从上向下的行、列检测顺序，逐个坐标点地在整个防宠物踩踏式报警器所警戒的区域内搜索数据#01H，如果找到了 #01H的坐标点，就分析它是否处于计数值R7所表示的轮廓之包围中，如果它属于该轮廓包围圈内，用数码R7赋予该坐标点。所述与当前的踩踏区域数目计数器R7对应的被踩踏区域的标志工作一直进行到最后一行的最后一个坐标点才告结束。4)上述工作针对被扫描检测到的第一块被踩踏的区域。然后，清零RAM内的临时存储区，恢复当前X，y坐标指针DPTR为当前跟踪坐标指针，把它指向下一个坐标点，继续跟踪其它被踩踏区域的轮廓、“用相应的数码标志该轮廓所包围的区域”。“用相应的数码标志该轮廓所包围的区域”有利于跟踪多块被踩踏区域的轮廓、明确测量的结果。图7示意了跟踪被踩踏区域轮廓的前一部分过程。《基于图像内容检索技术》(周明全、耿国华、韦娜著，清华大学出版社，2007年7月第一版)介绍了一种基于形状边界特征的图像检索方法链码表示法，它通过对边界特征的描述来获取图像的形状参数，对本发明有启发作用，因此摘录在此。先建立一个正方形网格，寻找与曲线最接近的网格点作为起始点，顺着曲线向前搜索与网格线的交点，选择最接近这个交点的网格点，称之为曲线的网格近似点。继续搜索直到曲线的终点。这一过程称为曲线的网格离散化。从起始点开始，依次将曲线的网格近似点用线段相连，并标明方向。相邻两网格点连线有8种可能方向k· 45° (k = 0，l，2，3，4，5，6，7)。如果两个曲线的网格近似点之间的连线方向为k*45°，就用k作为这条连线的代码，并称它为环。一条曲线被离散化，结果形成η个环，最终此曲线可近似地表示为表达式An = B1B2B3B4......an, Bi e {0,1,2,3,4,5,6,7), i = 1,2,3......, η上述由曲线到曲线网格的近似点，最后形成链码AnW表示过程称为曲线的链码编码过程。曲线由起点坐标和链码例如A11 = 1，0，10，1，2，2，4，3，4，4完全确定，即能够重建。上述链码表示中，形状轮廓上点的八邻域方向置是固定不变的，该链码表示不具有旋转的自适应性。基于向心链码的形状编码方法具有旋转不变的性质把形状轮廓上各点的八邻域中指向形状形心的方向规定为O方向，其它7个方向值按逆时钟方向排列。由上述摘要可知，需要解决形状形心的问题。对于脚型或其它形状的区域，其区域具有某个特征轴，即区域轮廓上距离最远的两个点的连线。脚型一定，两个邻近轮廓格点的连线Oi(Ly)Ow(^y)相对特征轴的方位是一定的，即0i+1(x，y)由Oi(^y)及其连线相对特征轴的方位确定。据此轮廓格点的数据可以确定区域的轮廓，此即本发明的理论依据。但是，难于区分特征轴上的特征轮廓点对谁是脚跟上的谁是脚尖上的，因此，只好分别以特征轮廓点为起始点，顺时钟方向与逆时钟方向分别计算两个邻近轮廓格点的连线 Oi (X，y)0i+1(x, y)相对特征轴的方位，如图10、图11所示，一共获得四组数据，作为目标区域的形状特征参数。在匹配脚型的时候，只要四组参数中的一组能够符合，即可判断为区域匹配。考虑到误差与脚型匹配的实际，引入可以调整的百分比因子参数r%，四组参数之一组中只要有符合即可以判断为匹配。进一步地，为了增强区域匹配的误差容限，有效利用单片机的运算指令，在所述提取并记忆区域形状特征参数的程序之步骤四末可以增加一个步骤8 引入一个可以调整的分辨率参数、例如S =10°，把所获得的区域形状特征参数进一步整数化，方法是
以=/Λ「Γ(|)，于是获得四组有限数量的整数数据作为区域匹配的特征码。
O考虑到我们的主要目的是识别或区分脚型，避免小动物踩踏所引发的误报警，进一步地，可以只考虑提取特征轴轮廓格点对附近部分的形状特征参数或特征码，例如，只提取脚前掌或脚后跟部分的形状特征参数或特征码，为此，引入一个比例因子，如果
=100%则表示考虑全部的形状特征参数或特征码。如此，不仅减少了计算工作量，节省存储器空间，还有利于踩踏式报警器检测一些特殊的情形，如踮着脚尖、穿高跟鞋踩踏。单片机系统如图2所示。假设行、列电极组各有256根导线，会产生256X256 =65536个交叉点，每个交叉点有两种状态分离或接触，而64KB = 64X1024 = 64X210 =65536，因此，需要扩展64KB片外RAM存储各个格点的状态数据。此外，还要考虑至少 256BX2X4 = 2KB RAM内的临时存储区，以存储各个轮廓格点坐标的高、低字节。提取并记忆区域的形状特征参数则还得需要大量的存储器空间，可以用空余的P3 口线来扩展若干 64KB。本发明所述单片机系统的输出或输入端口线可以根据实际情形加以改换，所述列或行电极组所包含的导线的数目及其间距、相应的串入并出、并入串出移位寄存器的数目以及随机存储器的容量可以根据本发明所述扫描检测原理增加或减少。
权利要求
1.提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器，其特征在于，所述踩踏式报警器由一个长方形框架、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、学习电路、音乐电路以及提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序组成；其中，长方形框架的上部和底部各有一组电极，分别称之为列电极组和行电极组，每一组电极包括72根彼此独立、间距均勻、裸露的导线，两组导线排列的方向相互垂直，列电极组的导线分别依序连接到并入串进电路的各个并行输入端，行电极组的导线分别依序连接到串入并出电路的各个并行输出端，单片机系统装载有提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序，单片机系统的口线Pl. 0分别连接一个按键开关和一个下拉电阻，按键开关与下拉电阻的另一端分别连接到电源正极与负极，构成学习电路，口线P3. 7连接到音乐电路的输入端，电池组作为本装置的电源。
2.根据权利要求1所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述长方形框架的上部和底部的两组电极由该框架的两侧绝缘隔离并支撑
3.根据权力要求1所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述单片机系统包括一块单片机及其晶振电路和上电复位电路以及随机存储器电路。
4.根据权利要求1所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述串入并出电路由9块74HC164级联组成第一块74HC164的信号串行输入端A连接到单片机系统的输出口线Pl. 2，其最高位输出端QH连接到第二块的信号串行输入端A，第二块的最高位输出端QH连接到第三块的信号串行输入端A，依次类推，共产生8 (位 /块)X9块=72位的信号并行输出端；9块74HC164的清零端与信号串行输入端B都连接到电池组的正极，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 3。
5.根据权利要求1所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述并入串进电路由9块74HC165级联组成最后一块74HC165的并入串出信号端QH连接到前一块的信号串行输入端DS，依次类推，共产生8 (位/块)X 9块=72位的信号并行输入端，每一位信号并行输入端还各自连接一个下拉电阻到电池组的负极，第一块74HC165的并入串出信号端QH连接到单片机系统的输入口线Pl. 5，这9块74HC165的并入数据装载控制端/PL都连接到单片机系统的输出口线Pl. 6，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 7，它们的时钟使能输入端/CE都连接到电池组的负极。
6.根据权利要求1所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序包括提取并记忆区域的形状特征参数的方法以及识别区域形状特征参数的方法，具体如下所述步骤一、行电极组的导线逐根轮流输出高电平，同时检测列电极组导线的电平的高低情况，一旦检测到发生了从低到高的电平变化，则启动提取并记忆区域形状特征参数的程序提取目标区域的轮廓，它以其轮廓格点的集合IOi (x，y)}表示，分析区域轮廓的特征轴， 它以区域的特征轮廓格点对{Ο/ω(υ),Ο/ω(χ，>0}，据此，提取目标区域的形状特征参数，称之为当前目标区域的形状特征参数，该参数共有4j组，并依序存放在预定的存储器空间；步骤二、查看学习电路中的按键开关是否闭合是，把当前目标区域的形状特征参数存放在预定的存储器空间，该参数共有4j组，称之为已记忆目标区域的形状特征参数；否，则逐组比较当前目标区域的形状特征参数与已记忆目标区域的形状特征参数，已记忆目标区域的数目根据学习电路中的按键开关被启动的次数增加，每一块已记忆目标区域的形状特征参数组都包括4j组，每4j组之一组中只要有的数据与当前目标区域的形状特征参数的4j组中之一组相一致，就判断为两者相符，然后，通过单片机输出口线P3. 7 发送出高电平信号脉冲，激励音乐电路发出报警音乐；参数可以预先设置，根据实验调整，例如r%= 60% ； 步骤三、跳转步骤一。
7.根据权利要求6所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序其步骤一所述提取并记忆区域形状特征参数的程序包括提取并保存目标区域的形状特征参数的方法，其步骤如下步骤一、建立直角坐标系行电极组的导线彼此间距均勻，列电极组的导线也彼此间距均勻，它们在空间纵横交错，其交错处形成了格点；平时，行、列电极在格点处并不发生接触，只有在发生踩踏时才会出现接触；以位于左下角的格点为(平面)直角坐标系的原点， 其X轴和Y轴的正方向分别沿行、列电极的排列方向，X轴和Y轴的最小分度值分别等于行、 列电极组各自的间距；步骤二、提取目标区域的轮廓，以轮廓格点的集合IOiOc, y)}表示，其中，0表示 Outline，下标变量i表示轮廓格点Oi (X，y)在IOiU, y)}中的顺序计数值，由检测目标区域的轮廓的扫描跟踪轮廓格点的方法决定，i = 1，2，3，...，n，n e正整数，沿区域的轮廓顺时钟方向增加；步骤三、分析目标区域的特征轴，它由区域轮廓IOi(x，y)}上距离最远的一对轮廓格点 {O/w(x，>0，O/w(x,州连线而成，称之为特征轮廓格点对；其中，上标变量j表示目标区域轮廓格点间具有相同的距离、且此距离为最大值的轮廓格点对的数目，对于脚型等踩踏区域， 一般地，j = 1，但是，在理论上，j = 1，2，...，f，f e正整数，f <n，下标变量s(j)，e(j) 分别表示该特征轮廓格点对的起始格点与末端格点的顺序计数值；具体方法如下步骤1，设置轮廓格点间距离的最大值的寄存器变量为L2，特征轮廓格点对的下标变量 i的寄存器变量分别为s(j)，e(j)；初始化=L2 = 0, J = 0 ； 步骤2，指向第一个起始轮廓格点O1(^y),即i = 1 ；步骤3，设置本轮计算并比较两个轮廓格点间的距离工作的计算器变量k，k e正整数； 初始化k = 1 ；步骤4，计算起始轮廓格点Oi (x，y)与某一轮廓格点0i+k(x，y)间的距离的平方值 L\={xi+k~x,)2 +{y,+k-y,)2步骤 5，如果4 > Z2，令 j = 1，S (j) = i, e (j) = i+k,X2 = L\ ； 如果g =L2 ,令 j = j+1, s(j) = i,e(j) = i+k ； 如果Z丨< I2，执行下一步骤；步骤6，查看本轮“计算并比较”工作是否已经进行到最末一个轮廓格点如果i+k < n-1，则指向下一个轮廓格点k = k+1，然后，跳转步骤4，继续本轮“计算并比较”工作； 如果i+k = n-1，就结束本轮工作，更新起始轮廓格点为下一个轮廓格点i = i+1 ；步骤7，查看新的起始轮廓格点是否是最末的一个轮廓格点如果i <n-l，跳转步骤、3，开始新的一轮计算并比较两个轮廓格点间的距离工作；如果i = n-1，结束全部“计算并比较”工作，轮廓格点间距离的最大值保存在寄存器变量L2中，特征轮廓格点对的下标变量 i保存在寄存器变量s(j)，e(j)中，特征轮廓格点对的数目保存在上标变量j中。步骤四、根据区域的特征轮廓格点对，提取目标区域的形状特征参数，并依序存放在预定的存储器空间，具体步骤如下 步骤1，设置计数器c，初始化c = 、0 ； 步骤 2，c = c+1 ；步骤3，以区域特征轮廓对之末端格点为起点，顺时钟方向提取形状特征参数 characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤4，以区域特征轮廓对之末端格点C^w(Xj)为起点，逆时钟方向提取形状特征参数 characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤5，以区域特征轮廓对之起始格点C^w(H)为起点，顺时钟方向提取形状特征参数 characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤6，以区域特征轮廓对之起始格点Atw(U)为起点，逆时钟方向提取形状特征参数 characN个，依序存放该组参数入预定的存储器空间；步骤7，如果c < j，则跳转步骤9，继续“提取并存放”工作；如果c = j，则结束全部 “提取并存放”工作，共获得本目标区域的形状特征参数4j组。
8.根据权利要求7所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述以特征轮廓格点对 {0“0^),<9^(^)沖的一个格点例如(4於,>；)为起始点，顺时钟方向提取目标区域的形状特征参数的方法如下步骤1，设置预定的形状特征参数的提取个数占该区域的全部轮廓格点个数N的百分比为P%，则提取的形状特征参数的个数为characN = INT (NXρ% )； 步骤2，设置形状特征参数的计数器为k，初始化k = O ；步骤3，查表计算矢量与X轴的正方向的夹角‘步骤4，设置格点的下标变量为i = e(j)； 步骤5，如果i < N，则跳转步骤8 ；如果i = N，则查表计算矢量"ohDG^c^^^X轴的正方向的夹角β (1)； 步骤6，如果i3es彡β (1),取θ⑴=β63-β (1),否贝IJ取θ⑴= 360° +(β63-β (1))；步骤 7，i = 1, k = k+Ι ；步骤8，计算^；"；)"^；；;)与χ轴的正方向的夹角β (i+1)； 步骤 9，如果 i3es 彡 β (i+1),取 θ (i+1) = β63-β (i+1),否则取 θ (i+1)= 360° +(β63-β (i+1))；步骤 10，i = i+1, k = k+1 ；步骤11，查看是否已经提取到了预定数目的形状特征参数如果k < characN，跳转步骤8，继续提取工作，否则结束本轮提取形状特征参数的工作。
9.根据权利要求7所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器， 其特征在于，所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述以特征轮廓格点对 (OZw(XJXC^)(XJ)沖的一个格点例如为起始点，逆时钟方向提取目标区域的形状特征参数的方法如下步骤1，设置预定的形状特征参数的提取个数占该区域的全部轮廓格点个数N的百分比为P%，则提取的形状特征参数的个数为characN = INT (NXρ% )； 步骤2，设置形状特征参数的计数器为k，初始化k = 0 ；步骤3，查表计算矢量X轴的正方向的夹角β es ；步骤4，设置格点的下标变量为
10.根据权利要求7所述的提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器，其特征在于，所述提取并记忆区域形状特征参数的程序中步骤四所述“在直角坐标系中，查表计算矢量例如轴的正方向的夹角β”的方法如下步骤1，建立0° -90°范围内的“ e-tane ”数据表格，即把(Θ (I)，tane (ξ))—对一对依序存放到预定的程序存储器空间里，其中，θ (ξ) = 0+ξ δ θ，计数器变量ξ = 0， 1,2, ...，90，分辨率设置为Δ θ，取Δ θ = 1°，取tan θ (ξ)的值精确到小数点后三位， 该表格的起始地址指针设置为16位寄存器变量DPTR_0 ；步骤2，计算t = I ye-ys I / I Xe-Xs I，其值精确到小数点后三位； 步骤3，ξ = 0步骤 4，根据地址指针 DPTR = DPTR_0+1+ ξ、DPTR = (DPTR_0+2)+1+ ξ 从 “ θ -tan θ，， 数据表格中依次取出相应的tan θ ( ξ )与tan θ ( ξ +1);步骤5，如果tan θ ( ξ )彡t彡tan θ ( ξ +1)，则作如下分析 如果 t-tan θ ( ξ )彡 tan θ ( ξ +l)-t，则取 θ = θ (ξ),如果t-tane ( ξ ) < tan θ (ξ+D-t，则取θ = θ ( ξ+1)，然后，执行下一步骤； 如果t > tane (ξ)且t > tane (ξ+1)，则ξ = ξ+1，然后，跳转步骤4 ；步骤6，如果彡ye，&彡^，则定义矢量^7>0_07(^^与乂轴的正方向的夹角β位于第一象限，S卩β = θ，如果，is > Xs > Xe，则定义矢量θ;( ，·7) 37( ^)与χ轴的正方向的夹角β位于第三象限，即 β = 180° + θ，如果，ys彡ie, Xs ( Xe，则定义矢量与χ轴的正方向的夹角β位于第二象限，即 β = 180° "θ，如果，Ys < Xs > Xe，则定义矢量0^"7)"0_^^与χ轴的正方向的夹角β位于第四象限，即 β = 360° -Θ。
全文摘要
提取区域的形状特征参数的方法及其学习型踩踏式报警器涉及图形识别技术，以踩踏式报警器为物理基础，利用单片机技术，提出一种跟踪若干区域的轮廓、提取区域的形状特征参数的方法。踩踏式报警器由一个长方形框架、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、学习电路、音乐电路以及提取并记忆、识别区域形状特征参数的程序组成；该程序包括提取并记忆区域的形状特征参数的方法以及识别区域形状特征参数的方法。对于脚型等区域，两个邻近轮廓格点的连线相对其特征轴的方位一定，这些方位角构成了区域的形状特征参数，据此可以重建区域的轮廓或提取、记忆并识别区域的形状。本发明具备普适意义，学习型踩踏式报警器适用于防盗报警工作。
文档编号G01B7/28GK102402830SQ20101028390
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者张文娟, 曾山, 曾湘, 曾艺 申请人:重庆工商大学