基于社會應用的封閉區域人數智能統計系統研究

吳麗1 崔鉑晗2 王克儉3 趙洪濤4 顧愛華5 1,4,5保定職業技術學院 2保定市電化教育館 3河北農業大學

1 系統設計

1.1 功能需求分析設計

1.1.1 環境需求

本系統對軟硬件的環境要求主要是考慮人員識別的準確度和高效性，本系統采用?？低晹z像頭實現目標識別，被動式紅外感應器和單片機 STC89C51實現目標方向判定，服務器建議采用酷睿i5系列處理器、8G內存條，數據庫服務器采用Microsoft Sql Server 2012，客戶端操作系統要求支持多種I E瀏覽器的操作系統，服務器操作系統要求采Linux操作系統等。

1.1.2 功能要求

本系統將以人體雙向感應器和攝像頭相結合的方式，來實現封閉區域范圍內人數的精準統計，最后通過設計的人數統計的綜合管理平臺實現人數各種數據分析及用戶登錄訪問、查詢。該系統采用了劃分模塊，逐個模塊解決的方法，本系統根據功能需求劃分了三個主模塊：研究目標方向定位、目標檢測、系統平臺構建，然后在根據每個主模塊的功能需求劃分子模塊。

1.2 系統結構設計

將一個系統劃分成為若干個模塊有利于降低系統的復雜性，同時也可以使得模塊間的通信和相互依賴關系達到最小。根據本系統的功能要求，按照模塊設計了系統結構，其系統結構設計如圖1所示。

圖1 系統結構設計圖

2 系統結構分析

2.1 目標方向定位

本系統采用被動式紅外線傳感器作為接收人體紅外輻射。它具有方向識別的功能，能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出，通過單片機STC89C51進行處理，從而準確它們反映人體的進、出行走方向。

2.2 目標檢測

監控的場景主要是人流量大的出入口，采用單攝像頭垂直拍攝的方法，這種方法獲取的圖像特征比較明顯，能夠辨識頭部輪廓及軀干部分，并能有效的避免相互遮擋問題。

2.2.1 目標檢測子模塊的各功能實現

按照功能模塊來分，目標識別基本是由下面幾個子模塊組成的：采集圖像幀模塊、前景檢測模塊、新目標檢測模塊、機器學習模塊、同一目標檢測模塊和計數模塊。各模塊功能實現如下：

①采集圖像幀模塊：采集圖像幀時，如果單片機傳出加1時，采集控制進的紅外線上那一切面的圖像作為圖像幀進行分析；同理，如果單片機傳出減1，采集控制出的紅外線上的那個切面的圖像作為另一個圖像幀進行分析。

把這個切面作為感興趣區域，由于攝像頭所拍攝的肯定和實際需求區域不相符，如何正好把感興趣的區域檢測出，本論文利用了opencv 里面ROI的設置來實現感興趣區域，ROI（Region of Interest）是指圖像中的一個矩形區域，在實際工作中有著很重要的作用，在很多情況下，使用它們會提高計算機視覺代碼的執行速度。

②前景檢測模塊：判斷每一個像素是前景還是背景，將運動目標從背景圖像中分離出來，輸出前景掩碼。

③新目標檢測模塊：根據前景檢測模塊輸出的前景掩碼和已跟蹤目標鏈表，利用連通區域的整體移動，過濾掉不合規則的團塊，來將新的運動目標檢測出來。

④機器學習模塊：該模塊針對需要識別的目標特征訓練分類器，使它能對輸入的目標進行分類，以提高人數統計系統的準確度和精確性，分類器能排除干擾目標以及能對多人并行的情況進行同時計數，具體實現中采用神經網絡分類器。新目標檢測模塊輸出的新目標鏈表通過該識別模塊的檢測后，會去掉非人體的人體的干擾目標，并且能判斷出每一個目標團塊中包含的人數。

⑤同一目標檢測模塊：在對比兩幀是否為同一目標時，對比前0.1秒視頻幀，由于兩對紅外對管存在水平間距大約為50cm，從理論上說人走過大概用0.1秒，這一幀大概在另一個紅外線的切面上。

通過對人員根據頭部位置進行聚類，可以判斷“進”區域，假設“進”區域是當前幀，對比幀為前0.1秒的“出”區域幀，同一個人員在相鄰兩幀中的位移就在2-4個像素之間（大概0.1秒），當在這之間距離則兩邊的人員是同一個人，否則人員剔除。同理，“出”區域判斷方法同上。

⑥計數模塊：封閉區域人數智能統計系統在進出切面線上分割出運動目標的頭部區域個數，結合單片機傳來的進出信號，對進去人數進行統計。

2.2.2 目標識別運行流程

目標識別運行過程為，首先通過單片機傳出的加1或減1信號采集視頻幀，將視頻幀送入前景檢測模塊提取運動目標，然后通過新目標檢測子模塊檢驗出新進入的運動目標，接著提取目標區域的特征向量，并送入神經網絡分類器判定是否為人頭，比對兩幀是否同一目標，從而確定進出人數。

3 系統平臺構建

本模塊劃分為三個子模塊來實現，具體的子模塊實現功能如下：

3.1 “局域服務器”子模塊：該服務器用于控制一組人數統計處理單元。局域服務器的主要功能包括對每個攝像頭里人數區域與方向進行設置、產生本地人數統計結果，本地數據庫管理、本地查詢報表和用戶權限管理等功能。

3.2 “綜合管理平臺”子模塊：該平臺可以連接所有下屬局域服務器，其主要功能包括搜集局域服務器數據和視頻圖像、對數據進行統計與分析、支持遠程終端報表查詢；實時查看區域內人數；在區域內人數達到一定限度（有用戶設置）時，系統報警；分時段查詢區域出、入和區域內人數。

3.3 “遠程監控客戶端”子模塊：遠程監控客戶端基于手機APP?？蛻艨赏ㄟ^下載手機APP，隨時登陸進入系統，使用綜合管理平臺提供的各種情況查詢、各種情況的統計，現場情況預警等各種服務，方便快捷。

智能區域人數統計系統，是基于圖像識別和紅外傳感器技術結合應用擴展和升級，該系統能夠根據高清攝像頭的影像檢測信息，通過感應器檢測運動方向，經過軟件準確分析區域范圍的人數信息，并能結合影像數據，給用戶提供即時的定點視頻信息。該系統統計信息還可以通過網絡，借助云計算，形成大數據報表，為其他商業管理軟件使用，提供科學管理有力依據。該系統可以在不同封閉場合可以發揮不同的作用，應用非常廣泛。

[1]賈強.基于熱釋電紅外線傳感器的電路設計[D],電子技術與軟件工程，2015（3）:126-126.

[2]劉子源,蔣承志.基于Opencv和Haar特征分類器的圖像人數檢測[J].遼寧科技大學學報,2011,34（4）:30-32.

[3]徐培智,徐貴力,黃鑫.基于隨機Hough變換的人頭檢測[J].計算機工程,2012（1）:48-50.