Novel measurement techniques for motion analysis and human recognition by using ultrasound and radiofrequency signals

Il rilevamento e l'identificazione di persone rappresenta un'applicazione fondamentale nella vita di ogni giorno, e per questo sta assumendo un'importanza ed un interesse crescente all'interno del mondo commerciale e della comunità scientifica. Tra le innumerevoli applicazioni pratiche, si annoverano la sicurezza e la sorveglianza, il recupero ed il soccorso di persone in situazioni di emergenza, ed in medicina per la diagnosi di patologie posturali e non. Tra la vastità di tecnologie impiegate, negli ultimi anni i sistemi ad ultrasuoni e radar stanno catturando un interesse sempre maggiore nello scenario dell'identificazione ed il rilevamento umano. Tali tecnologie infatti possono operare in particolari situazioni ambientali non adatte ad altre sistemi, come ad esempio, in presenza di fumo e nebbia, o in aree buie, oppure attraverso barriere non trasparenti come muri e vegetazione. Molti sistemi radar sono progettati per sfruttare gli effetti Doppler e micro-Doppler per analizzare il movimento del target da rilevare. In termine micro-Doppler rappresenta una variante dell'effetto Doppler che considera ulteriori micro-movimenti del target, che possono essere sovrapposti al moto principale. Può essere quindi impiegato per rilevare le caratteristiche micro-Doppler, di diversi target in movimento. Tali caratteristiche, dette anche signatures micro-Doppler, si dimostrano essere una peculiarità unica e distintiva per quanto riguarda il movimento umano. Lo scopo della tesi è quello di fornire un approccio di misura che sia generale ed indipendente dalla particolare tecnologia, da usarsi per applicazioni riguardanti l'identificazione di umani. L'approccio prevede una lista di blocchi elementari, riguardanti la scelta del dispositivo e dell'ambiente di misura, l'acquisizione di signatures micro-Doppler e lo sviluppo di un algoritmo per l'analisi e la classificazione delle signatures. La procedura è stata quindi testata sia nel caso si impieghi una tecnologia ad ultrasuoni, che una tecnologia radar. È stato inoltre sviluppato un algoritmo innovativo per estrarre un insieme di parametri dalle signatures acquisite, per poi essere usati con lo scopo di classificare i target umani analizzati. Le prestazioni della procedura di riconoscimento sono state valutate in funzione di alcuni parametri chiave dell'algoritmo sviluppato, al fine di valutarne robustezza ed affidabilità. I risultati ottenuti mostrano un alto livello di riconoscimento positivo, per diversi target umani ed attività analizzate, e sia nel caso si impieghino onde ultrasonore che a radiofrequenza.