採用可變形二維曲線的人流量檢測方法及系統的製作方法

2023-05-26 16:15:36

專利名稱：採用可變形二維曲線的人流量檢測方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用可變形二維曲線的人流量檢測方法及系統，用於商場、道路、 車站等公共場所管理、非剛體目標識別和跟蹤、視頻運動分析等應用領域，在視頻圖像處 理、計算機視覺、模式識別以及人工智慧等方面都有實際應用價值。屬於計算機視覺和視頻 圖像處理領域。
背景技術：
目前，國內外採用人頭模型進行跟蹤監測已開展了一系列研究工作。這些技術可 以分為兩類基於二維模型的技術和基於三維模型的技術。二維的方法包括基於邊緣、基 於面貌特徵、基於臉部特徵、基於相似性的技術。三維模型包括圓柱體、橢圓體、多邊形網 格。Kiyotake Yachi等採用橢圓代表人頭輪廓，在圖像中的一個橢圓有五個參數。 John MacCormick等採用B樣條曲線當作觀察模型進行多人頭的跟蹤。Wooju Ryu等採用 三維圓柱體頭模型(CHM)和動態模板進行快速地三維人頭跟蹤。Marius Malciu等採用了 一種橢球體曲面或者特別的合成傅立葉曲面進行三維人頭建模。Kazimori Terada等採用 多邊形網格進行人頭建模，它包含皮膚或者頭髮顏色等統計學的顏色信息。仇Zhong等提 出了基於原型的可變形模板進行臉的跟蹤。可變形模板使用從先前幀提取的先驗形狀信息 來在新的幀中給物體建模。尹寶才、高文等提出了一種基於模型的頭部運動估計和面部圖像合成方法。採用 的模型由三角形、空間頂點、長方體柱面、B樣條曲面構成。李夢東和阮秋琦提出了一種藉助 合成模型估計頭部三維運動的算法，通過三維網格模型或合成圖像與輸入圖像的比較，確 定模型的運動。劉雲海等提出了提取頭部剛體運動參數利用基於特徵點對的運動參數估計 算法，還指出提高運動參數估計的精度在於選擇合適的特徵點和建立一個和特定人臉相 一致的三維線框模型。賈雲得等採用圓柱模型來擬合人頭部，並在展開後的圓柱表面內 進行特徵選取和跟蹤。馬頌德等提出了一種結合直方圖匹配和橢圓形狀約束的魯棒跟蹤方 法。

發明內容
本發明的目的在於針對人流量檢測中剛體模型不能準確表示人頭形狀的不足，提 出一種採用可變形二維曲線在圖像中檢測人頭的人流量檢測方法，該方法只需要一個攝像 頭就可以進行人流量檢測，降低人流量檢測成本，適用於各種運動目標的檢測、計數。為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，搭建系統硬體平臺，採用一個攝像頭放 置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行拍攝，採集每幀彩色圖像，採用可變 形二維曲線擬合圖像上各個人頭的輪廓，根據二維曲線的參數和中心之間距離進行運動跟 蹤和計數。首先採用攝像頭、視頻線、視頻採集卡、計算機(或DSP視頻開發板)搭建系統硬 件平臺，採用一個攝像頭放置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行拍攝，採集每幀彩色圖像，根據採集當前幀圖像的R，G，B分量值提取人頭，採用圖像分割技術檢測 當前幀圖像上的各個人頭邊緣輪廓。然後採用曲線擬合技術使用可變形二維曲線擬合當前 幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓，求出各個二維曲線的參數和中心坐標，將前一幀和當前幀 圖像上各個二維曲線的參數和中心之間距離進行比較找出對應關係。最後在各幀圖像上設 定的位置畫出計數線，根據前一幀和當前幀圖像上各個對應的二維曲線與計數線的位置關 系進行進、出人數計數。本發明的人流量檢測方法具體包括以下幾個步驟 1.人流量檢測系統的硬體和軟體設計採用攝像頭、視頻線、視頻採集卡、計算機搭建人流量檢測系統的硬體平臺，製作軟體 界面，該界面能同時顯示四個門(通道)的進、出人數和視頻。也可採用攝像頭、視頻線、DSP 視頻開發板搭建人流量檢測系統的硬體平臺。按人流量檢測系統流程圖採用步驟2-5的方 法進行軟體編程。2.採用圖像分割技術檢測當前幀圖像上的各個人頭邊緣輪廓採用一個攝像頭放置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行拍攝，採集 每幀彩色圖像，採集的當前幀圖像I(x，y，i)的R，G，B分量分別為IK(x，y，i)，Ig(χ, y, i), Ib (χ, y, i)，將R，G, B三分量值都小於60並且三分量相互相減的絕對值都小於25的像素提 取得到人頭圖像TIy採用形態學運算(如腐蝕與膨脹)消除人頭圖像TL中的孤立點和部分 小目標區域。3.採用可變形二維曲線擬合當前幀圖像上各個人頭的輪廓採用圖像分割技術(如Carmy邊緣算子)檢測當前幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓，採用 曲線擬合技術使用可變形二維曲線擬合當前幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓，求出各個二維 曲線的參數k、a、b，將不符合人頭參數尺寸的曲線及其所在的目標區域消除。求出各個二 維曲線中心坐標( ，％)，將各個二維曲線標記成不同的編號。4.根據各個二維曲線的參數和中心之間距離進行人頭運動跟蹤將前一幀和當前幀圖像上各個二維曲線的中心距離、k、a、b等參數進行比較找出對應 關係，若前一幀圖像上某一個二維曲線L1與當前幀圖像上某一個二維曲線L2的中心距離、 k、a、b等參數的差異均小於給定的閾值，則這兩個二維曲線所代表的為同一個人的人頭，將 二維曲線L2標記成二維曲線L1的編號。5.進、出人數計數在前一幀和當前幀圖像上設定的位置畫出計數線，若前一幀圖像上二維曲線L1的中心 在計數線的門內側，當前幀圖像上二維曲線L2的中心在計數線的門外側，則出門人數加1 ； 若！^的中心在計數線的門外側，L2的中心在計數線的門內側，則進門人數加1。本發明方法簡單，實現容易。建立的可變形二維曲線能準確地反映人頭的形狀。本 發明方法適合於各種運動目標的檢測、計數。實驗採用便宜、容易安裝的視頻攝像頭採集數 據，不需要附加設備，提取、計算人頭運動特徵的方法簡單，具有實時性、非接觸等優點。


圖1為攝像頭拍攝人流的場景示意圖。圖1中，一個攝像頭放置在門(通道)的正上方，攝像頭下方為計數線。
圖2為本發明人流量檢測系統的軟體界面。圖2中，軟體界面左邊為四個門(通道)的進、出人數顯示，右邊為四個門(通道) 正上方攝像頭採集的視頻顯示。軟體界面上方的「用戶設置」按鈕用於設置進入該軟體界 面的用戶名和密碼，「通道設置」按鈕用於選擇顯示的通道，「歷史數據」按鈕用於查詢數據 庫中的歷史人流量數據。圖3為本發明人流量檢測系統的流程圖。圖3中，系統運行經過視頻採集、人頭檢測、邊緣檢測、可變形曲線擬合、運動跟 蹤、人數計數6個步驟。圖4為圖像中人頭檢測、人頭輪廓提取、曲線擬合的實驗結果。圖4中，(a)是門(通道)正上方攝像頭拍攝的圖像，(b)是與(a)圖像對應的人 頭檢測結果，(c)是與(b)圖像對應的人頭邊緣輪廓檢測結果，(d)是對應於(C)的可變形 二維曲線擬合結果。圖5為可變形二維曲線。圖5中，該曲線由五個參數確定中心位置坐標(χ。，yQ)、k、a、b。
具體實施例方式為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖和實施例作進一步的詳細描 述。實施例具體針對附圖3、4、5進行人流量檢測過程的描述。1.採用攝像頭、視頻線、視頻採集卡、計算機搭建人流量檢測系統的硬體平臺，拍 攝場景如圖1所示。製作人流量檢測系統軟體界面，如圖2所示，軟體界面左邊為四個門(通 道)的進、出人數顯示，右邊為四個門(通道)正上方攝像頭採集的視頻顯示。軟體界面上方 的「用戶設置」按鈕用於設置進入該軟體界面的用戶名和密碼，「通道設置」按鈕用於選擇顯 示的通道，「歷史數據」按鈕用於查詢資料庫中的歷史人流量數據。也可採用攝像頭、視頻 線、DSP視頻開發板(如DM6446 CPU板)搭建人流量檢測系統的硬體平臺。按圖3中人流量 檢測系統流程採用步驟2-5的方法進行軟體編程。2.採用一個攝像頭放置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行 拍攝，採集每幀彩色圖像，採集當前幀圖像I (x，y，i)的R，G，B分量分別為IK(x，y，i)， Ig(χ, y, i)，Ib (χ, y, i)，將R，G, B三分量值都小於60並且三分量相互相減的絕對值都小於 25的像素提取得到人頭圖像TIl 'O iJXl&(x,y,i) <60JQ(x,y,i)<60JB(x,y,j)<6Q,\Is(x,y,i)-ls(x,y,i)\= <25，',i)—/乂<25)255 eiss人頭圖像TL檢測結果如圖4(b)所示。採用形態學運算(如腐蝕與膨脹)消除人頭圖 像TL中的孤立點和部分小目標區域。3.採用圖像分割技術(如Carmy邊緣算子)提取當前幀圖像上各個人頭的邊 緣輪廓，得到與圖4(b)對應的邊緣檢測結果，如圖4(c)所示。可變形二維曲線方程為,2~- +h^-TJ + ^ = ι ,其中M 'o = 0 ，通過上述表達式求出各個二維曲線中心坐標l — k(Xo，y。)。將各個二維曲線標記成不同的編號。4.將前一幀和當前幀圖像上各個可變形二維曲線的中心之間距離、k、a、b等參數 進行比較找出對應關係，若前一幀圖像上某一個二維曲線L1和當前幀圖像上某一個二維曲 線L2的中心之間距離、k、a、b等參數的差異均小於給定的閾值，則這兩個二維曲線所代表 的為同一個人的人頭。將二維曲線L2標記成二維曲線L1的編號。5.在各幀圖像上設定的位置畫出計數線，若前一幀圖像上二維曲線L1的中心在 計數線的門內側，當前幀圖像上二維曲線L2的中心在計數線的門外側，則出門人數加1 ；若 L1的中心在計數線的門外側，L2的中心在計數線的門內側，則進門人數加1。
權利要求
1. 一種採用可變形二維曲線的人流量檢測方法及系統，其特徵在於包括如下具體步驟1)採用攝像頭、視頻線、視頻採集卡、計算機(或DSP視頻開發板)搭建人流量檢測系統 的硬體平臺，製作軟體界面，該界面能同時顯示四個門(通道)的進、出人數和視頻。按人流 量檢測系統流程圖的步驟進行軟體編程；2)採用一個攝像頭放置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行拍攝，採 集每幀彩色圖像，根據採集當前幀圖像的R，G, B分量值提取人頭區域。採用形態學運算消 除人頭圖像中的孤立點和部分小目標區域；3)採用圖像分割技術檢測各個人頭在當前幀圖像上的邊緣輪廓，採用曲線擬合技術使 用可變形二維曲線擬合當前幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓，求出各個二維曲線的參數和中 心坐標，將不符合人頭參數尺寸的曲線及其所在的目標區域消除。將各個二維曲線標記成 不同的編號；4)將前一幀和當前幀圖像上各個可變形二維曲線的參數、中心之間距離進行比較找出 對應關係，若前一幀和當前幀圖像上兩個二維曲線的參數、中心之間距離的差異均小於給 定的閾值，則這兩個二維曲線所代表的為同一個人的人頭。將兩個二維曲線標記成同樣的編號；5)在各幀圖像上設定的位置畫出計數線，根據前一幀和當前幀圖像上對應的可變形二 維曲線的參數、中心位置與計數線的位置關係進行進、出人數計數。
全文摘要
一種採用可變形二維曲線的人流量檢測方法及系統，採用攝像頭、視頻線、視頻採集卡、計算機(或DSP視頻開發板)搭建系統硬體平臺，製作軟體界面，首先採用一個攝像頭放置在門(通道)的正上方垂直向下對人進、出的運動進行拍攝，採集每幀彩色圖像，根據採集當前幀圖像的R,G,B分量值提取人頭，採用圖像分割技術檢測當前幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓。然後採用曲線擬合技術使用可變形二維曲線擬合當前幀圖像上各個人頭的邊緣輪廓，求出各個二維曲線的參數和中心坐標，將前一幀和當前幀圖像上各個二維曲線的參數和中心之間距離進行比較找出對應關係。最後根據前一幀和當前幀圖像上各個對應的二維曲線與計數線的位置關係進行進、出人數計數。
文檔編號G07C9/00GK102054306SQ20111003370
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者潘海朗 申請人:潘海朗