基于視頻監(jiān)控的人流量統(tǒng)計系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

覃慶環(huán)

摘要：人流量統(tǒng)計系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控領域的重要應用和研究熱點，其在車站安防、商場超市和交通管理等方面被廣泛使用。本文致力于開發(fā)一種基于視頻監(jiān)控的人流量統(tǒng)計系統(tǒng)。系統(tǒng)主要建立在計算機視覺和模式識別技術的基礎上，通過對運動目標檢測和人體目標識別、跟蹤算法的深入研究，最終實現(xiàn)了人數(shù)統(tǒng)計的目的。

關鍵詞：視頻監(jiān)控 ?人流量統(tǒng)計 ?系統(tǒng)設計

人流量統(tǒng)計系統(tǒng)作為建立在視頻監(jiān)控技術上的一項重要應用，具有的全面性、準確性和實時性等特點將會為人們的生活生產(chǎn)帶來巨大的便利，目前已經(jīng)被廣泛的應用于車站、商場和公路等人流量較大的場所。本文從系統(tǒng)硬件搭建、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，人流量統(tǒng)計平臺建設三個方面淺析基于視頻監(jiān)控的人流量統(tǒng)計平臺設計與實現(xiàn)。

一 系統(tǒng)硬件搭建

人流量統(tǒng)計系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)分成五個組成模塊：采集輸入模塊、信號傳輸模塊、信息存儲模塊、運算處理模塊和輸出顯示模塊，如下圖1所示。

（1）采集輸入模塊：它是整個系統(tǒng)建立的前提和基礎，通過對目標區(qū)域采集視頻序列為我們后續(xù)的分析處理提供圖像信號，這里的采集設備我們選用CCD攝像機; .

（2）信號傳輸模塊：主要作用是將采集到的圖像信號傳輸?shù)綄嶒炇业挠嬎阍O備上，現(xiàn)實中較常使用光纖網(wǎng)絡進行此類信號的傳輸;

（3）信息存儲模塊：存儲的信息總體劃分成兩類：前端直接收集到的圖像信號和系統(tǒng)運算后得出的人數(shù)統(tǒng)計信息。實驗時主要利用計算機進行數(shù)據(jù)的存儲，政府、企業(yè)則多采用大型服務器;

（4）運算處理模塊：整個系統(tǒng)中最核心的組成部件，對采集到的圖像信號做分析處理，實現(xiàn)系統(tǒng)需要完成的人流量統(tǒng)計目標。與存儲模塊一樣，實驗的處理模塊也是基于計算機實現(xiàn)的;

（5）輸出顯示模塊：輸出計算機處理后得到的結果，在本系統(tǒng)中即是監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的總人流量。實驗測試時通常采用單顯示器或多顯示器拼接進行相關圖像、數(shù)據(jù)的結果輸出。

二 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件開發(fā)主要使用的是Microsoft Visual Studio 2010和OpenCV等工具。其中，整個系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程，包括運動目標檢測、人體目標識別、人體目標跟蹤和人流量統(tǒng)計等相關算法都是利用VS2010中的C和C+語言編寫實現(xiàn)的。此外，顯示模塊中的人流量統(tǒng)計平臺還運用了VS2010中的MFC封裝類進行平臺界面的設計和最終測試。OpenCV通常用于視頻圖片的加工、處理以及計算機視覺的相關工作。OpenCV庫大致可以分為6個模塊，在系統(tǒng)的設計中最常用是Cv和HighGUI，具體分類如圖2所示。

1、Cv模塊主要用于實現(xiàn)攝像頭標定、圖像處理、結構運動分析和物體識別跟蹤等核心功能，可以說是最主要的OpenCV函數(shù);

2、HighGUI 模塊主要職責在于保障系統(tǒng)同用戶間的人機交互;

3、CxCore 模塊涵蓋一些基礎性的結構和算法，用于對不同的數(shù)據(jù)類型做基礎運算處理;

4、CvCam 模塊主要支持攝像頭完成信息采集工作;

5、ml模塊負責提供能夠直接使用的分類器接口，達到實現(xiàn)機器學習的功能;

6、CvAux模塊是將實驗性函數(shù)匯總后形成的附加庫函數(shù)。

三 ?人流量統(tǒng)計平臺

在硬件設施和軟件程序都準備完成后，我們就可以著手搭建系統(tǒng)的客戶端平臺。這里先大致描述系統(tǒng)客戶端預計能夠實現(xiàn)的功能，再通過實際測試觀察客戶端平臺運行的具體情況。

1.整個統(tǒng)計系統(tǒng)預計實現(xiàn)的實現(xiàn)功能如下：

（1）.計算實時人數(shù)：這是人流量統(tǒng)計系統(tǒng)最重要的功能，利用前端采集的視頻信息，實時計算出目標區(qū)域內(nèi)的準確人數(shù);

（2）.顯示監(jiān)控畫面：實時顯示當前的視頻監(jiān)控畫面，同時紅框標記識別出的人體目標;

（3）.統(tǒng)計歷史人流量：除了得到當前人數(shù)外，還能統(tǒng)計出特定時間段內(nèi)經(jīng)過監(jiān)控區(qū)域的全部人流量;

（4）.輸出數(shù)據(jù)圖表：利用得到的歷史人流量數(shù)據(jù)，繪制出這一時間段內(nèi)的人流量統(tǒng)計圖;

（5）.處理視頻錄像：系統(tǒng)不僅能對攝像頭的實時監(jiān)控進行處理，還能對輸入的視頻序列進行人流量統(tǒng)計分析;

（6）.存儲分析結果：當系統(tǒng)輸出統(tǒng)計出的人流量數(shù)據(jù)、圖表后，客戶能夠根據(jù)需要存儲相關資料;

（7）.基礎操作幫助：對于剛開始接觸系統(tǒng)界面的新客戶，系統(tǒng)幫助可以讓他們盡快的熟悉客戶端的相關操作。

上述內(nèi)容是人流量統(tǒng)計較為基礎的-些功能，在實際應用時可根據(jù)不同需要另行添加。比如在實時人數(shù)統(tǒng)計中設定上限閾值，當人數(shù)超過閾值時系統(tǒng)自動發(fā)出警報;按具體時間段或人數(shù)稀疏程度對歷史人流量進行更加詳細地劃分，便于后續(xù)應用處理。

2.統(tǒng)計平臺測試

當系統(tǒng)客戶端平臺設計完成后，我們將其投入實測以判斷它是否能夠達到系統(tǒng)的要求，完成指定的統(tǒng)計功能。這里的仿真性實驗都是在VS2010環(huán)境下進行的，測試視頻選用分辨率640×480的多個不同場景和時長的AVI格式視頻序列，得出的結果證明系統(tǒng)能夠有效、快速的實現(xiàn)人流量的實時統(tǒng)計。

本文設計的基于視頻監(jiān)控的人流量統(tǒng)計系統(tǒng)，在理論和實驗測試的中都已經(jīng)證明了具有一定的使用價值，基本達到了預計的人流量統(tǒng)計目標。但考慮到在實際應用時環(huán)境的難以預測性與人體的非剛性和各異性，整個統(tǒng)計系統(tǒng)特別是人體檢測方面的核心技術還需要繼續(xù)進行相應的改進。

參考文獻

[1]周柯.基于HOG特征的圖像人體檢測技術的研究與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2008.

[2]李超，劉鐵根，劉宏利，江俊峰，姚曉天.基于Haar檢測和改進的Cam-Shift的人臉跟蹤[J.光電子·激光， 2011， 22（12）： 1852-1856.

[3]陳媛媛.智能視頻監(jiān)控中行人檢測與跟蹤技術的研究與應用[D].浙江：浙江工業(yè)大學， 2013.

[4]時升云.基于智能視頻監(jiān)控的人流量統(tǒng)計系統(tǒng)研究[D].沈陽：東北大學，2010.