专利名称：教室状态统计查询系统及其统计方法
技术领域：
本发明属于学校辅助设施技术领域，特别是涉及一种教室状态统计查询系统及其统计方法。
背景技术：
高校学生进行自习的场所一般为图书馆或教室。由于图书馆中自习室的空间较为有限，所以教室仍是学生自习的主要场所。当前各高校的教室资源普遍相对紧张，因此学生们经常受到难以找到自习室这一问题的困扰。主要表现在由于晚上进行自习的学生人数较多，而学生一般希望能找到空课且人数较少的教室，因而一般都会在教学楼里寻觅一段时间；在白天的上课时间，学生一般不知哪些教室空课，因此常盲目地穿梭于楼层间寻找自习室；另外，有些教室还可能存在前半段无课而后半段有课的情况，致使学生需要经常更换自习的地方。如能有一个教室状态统计查询系统，可通过网页浏览器实时了解教学楼内教室人数及课程安排信息，一方面可方便学生进行自习室的选择，另一方面也可为管理人员提供学生较详细的学习情况，这无疑对于提高学生学习的热情、促进学风的改善具有重要意义。2006年江苏科技大学设计出了一种基于嵌入式系统的分布式人数统计系统。该系统由若干部出入人数统计装置和集中统计装置组成，其中出入人数统计装置安装于每个出入口，并且内置有图像采集、基于图像的出入行为识别与出入人数统计和无线发送程序。集中统计装置安装于集中控制室内，内置有数据汇总、预警和无线接收程序。各出入人数统计装置检测到的出入人数将以无线方式传送给集中统计装置，然后由集中统计装置进行汇总计算，从而得到整个统计区域的人员数量。该装置可用于对闭合场所内所容纳的人数进行实时统计。2007年中北大学设计出了一种基于图像的公共汽车人数自动统计仪。其包括图像采集、处理模块，并且内置有图像处理算法，采用高速DSP和FPGA设计，系统运算速度快，能够做到实时的人数识别，其硬件结构简单，性能稳定，且安装调试方便。2009年深圳市飞瑞斯科技有限公司设计出了一种借助视频分析的公交车人数统计系统，用于解决公交管理中心实时进行精确监控所有公交车上人数的技术问题。其在任意一个公交车车门内通道上方布置了具有中央处理器的视频控制器，并通过图像采集器采集视频图像，经A/D转换器处理后送至视频人数统计模块进行实时运算，然后借助于网络接口以及配套通讯协议将结果信息发送给公交管理中心的计算机。2009年马俊伟等设计出了一种自动统计教室人数的装置。该装置主要包括校园卡感应区、液晶显示屏和扬声器。该装置利用人体发射接收传感器以及校园卡刷卡的方式来统计到课人数。2009年蒋瑞紫设计出了一种智能节能及人数统计设备。其主要由单片机、判断执行电路、红外对射装置、数码显示等模块组成，利用红外对射装置进行智能节能及人数统计，同时具有智能化节能和人数统计的作用。
2010年北京师范大学和鲁东大学等高校已试运行WEB版的自习室查询平台，通过该平台学生们轻点鼠标就能找到空课教室。综上所述，国内已有多家单位或个人研究出了面向公共环境(公交车、教室)的人数统计系统，但一般仅局限于在出入口处布置摄像机、红外对射装置、校园卡感应器等传感器，由于基于历史数据进行处理，故存在累积误差问题。另外，国内多个高校也已开始试运行自习室查询平台，但查询信息一般仅包括教室排课、教室占用等静态信息，但是不含教室的实时人数信息。而到目前为止通过摄像机对整个教室场景进行检测，以统计出人员分布及人数等状态信息，并对该信息通过互联网发布的系统还未见相关报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种便于学生们有效选择自习场所以及教务部门管理的教室状态统计查询系统及其统计方法。为了达到上述目的，本发明提供的教室状态统计查询系统包括基于网络互联的多个教室状态统计终端和中心处理单元；其中教室状态统计终端固定在各个教室内黑板所在的墙壁上，其基于图像采集与分析手段获得教室人数及分布信息，并将该信息发送到中心处理单元，包括摄像机、图像采集卡、云台、云台控制器和主控计算机；所述的摄像机通过图像采集卡与主控计算机相连，其用于实时采集教室内的场景信息，并将该模拟信号传送给图像采集卡，图像采集卡再将上述模拟图像信号进行模数转换，并将转换后的信号传送给主控计算机，以便后续图像处理分析；云台通过云台控制器与主控计算机相接；主控计算机通过云台控制器控制云台在承载摄像机的同时按照指定的运动轨迹进行水平和垂直两个方向的转动，以扩大摄像机的观测范围，使得教室内所有座椅位置都能进入摄像机的视野，为状态统计提供保障；同时对图像采集卡发送的数字图像信号进行图像预处理、运动目标识别及轮廓提取操作，从而获得教室状态信息，然后将该信息发送给中心处理单元，为后续状态查询提供数据支持；中心处理单元负责收集教室状态统计终端发送的教室状态信息，并为各客户端提供查询服务。所述的主控计算机为嵌入式计算机。本发明提供的教室状态统计方法包括按顺序进行的下列步骤1)系统参数初始化的Sl阶段；在此阶段中，系统将对摄像机的扫描路线、图像尺寸及背景模板信息进行初始化操作；2)云台旋转以使摄像机扫描教室的S2阶段；在此阶段中，在主控计算机的控制下云台将按照设定的路线运动，同时摄像机将采集及存储教室内场景图像；3)合成教室整体场景图像的S3阶段；由于云台在某一位置时摄像机一般不能覆盖整个教室区域，所以在此阶段中，主控计算机将上述步骤幻中存储的图像进行合成，以得到整体场景图像；4)座位区域统计学特征提取的S4阶段；在此阶段中，主控计算机将在步骤3)中获得的整体场景图像进行去噪和光的归一化处理，利用教室模板图像和轮廓信息确定出有人区域；5)遮挡判断的S5阶段；受摄像机拍摄角度的限制，其视野中一人可能占据两个座位，即存在遮挡问题，为减少遮挡造成的误判，在此阶段中，主控计算机将在初步判断有人的区域内进行二次判断，以降低误判的概率；6)移动人数统计的S6阶段；对于教室内移动的目标，主控计算机将采用动态识别方法统计出运动的人数，以保证状态数据的准确性；7)统计出教室人员分布及总人数的S7阶段；在此阶段中，主控计算机基于步骤5) 和6)的结果而得出教室内人员的分布及总人数信息。本发明提供的教室状态统计查询系统及其统计方法可使学生通过网页浏览器实时了解教室占用情况和教室座位空闲率等信息，从而方便学生有效选择自习场所以及教务部门的管理，由此能够提高校园人性化、智能化管理水平。另外，本系统还可与教学楼灯光等控制系统互联，为灯光控制系统提供教室有无学生及学生分布信息，为教学楼节能工作的开展提供数据支持。此外，该系统可推广到会议室、礼堂等公共场所的人员统计，且可统计出当前房间内人员的具体分布位置，为管理者管理会场提供便利，也为活动举办者提供一些人数数据，供专业人员分析使用，所以具有较大的市场潜力和广泛的应用前景。
图1为本发明提供的教室状态统计查询系统构成示意图。图2为本发明提供的教室状态统计查询系统中软件系统结构示意图。图3为本发明提供的教室状态统计方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的教室状态统计查询系统及其统计方法进行详细说明。如图1所示，本发明提供的教室状态统计查询系统包括基于网络互联的多个教室状态统计终端1和中心处理单元2 ；其中教室状态统计终端1固定在各个教室内黑板所在的墙壁上，其基于图像采集与分析手段获得教室人数及分布信息，并将该信息发送到中心处理单元2，包括摄像机3、图像采集卡4、云台5、云台控制器6和主控计算机7 ；所述的摄像机3通过图像采集卡4与主控计算机7相连，其用于实时采集教室内的场景信息，并将该模拟信号传送给图像采集卡4，图像采集卡4再将上述模拟图像信号进行模数转换，并将转换后的信号传送给主控计算机7，以便后续图像处理分析；云台5通过云台控制器6与主控计算机7相接；主控计算机7通过云台控制器6控制云台5在承载摄像机3的同时按照指定的运动轨迹进行水平和垂直两个方向的转动，以扩大摄像机3的观测范围，使得教室内所有座椅位置都能进入摄像机3的视野，为状态统计提供保障；同时对图像采集卡4发送的数字图像信号进行图像预处理、运动目标识别及轮廓提取操作，从而获得教室状态信息，然后将该信息发送给中心处理单元2，为后续状态查询提供数据支持；中心处理单元2负责收集教室状态统计终端1发送的教室状态信息，并为各客户端提供查询服务。所述的主控计算机7为嵌入式计算机。如图2所示，本发明提供的教室状态统计查询系统中软件分为应用层软件及底层软件。其中应用层软件直接面向用户，是基于WEB网页的教室状态发布模块，其被部署在中心处理单元2的服务器中，用户可基于WEB浏览器登录该模块并发出查询请求，如教室的开放情况或教室空座率等，该模块则通过访问系统数据库将检索到的数据反馈给用户。底层软件主要包括教室状态实时统计模块和系统数据库两部分，前者部署在教室状态统计终端 1中，其通过数字图像识别技术来判断当前教室内各座位是否有人，以统计出教室总人数， 进而得到教室座位占用率及人员分布情况，每处理完一帧图像，便触发系统更新一次数据库中的人数及分布等信息。系统数据库部署在中心处理单元2中的服务器内，其内存放着各教室课表及实时人数等状态信息，是联系教室状态实时统计模块与教室状态发布模块的纽带。如图3所示，本发明提供的教室状态统计方法包括按顺序进行的下列步骤1)系统参数初始化的Sl阶段；在此阶段中，系统将对摄像机3的扫描路线、图像尺寸及背景模板信息进行初始化操作；2)云台旋转以使摄像机扫描教室的S2阶段；在此阶段中，在主控计算机7的控制下云台5将按照设定的路线运动，同时摄像机3将采集及存储教室内场景图像；3)合成教室整体场景图像的S3阶段；由于云台5在某一位置时摄像机3—般不能覆盖整个教室区域，所以在此阶段中，主控计算机7将上述步骤i)中存储的图像进行合成，以得到整体场景图像；4)座位区域统计学特征提取的S4阶段；在此阶段中，主控计算机7将在步骤3)中获得的整体场景图像进行去噪和光的归一化处理，利用教室模板图像和轮廓信息确定出有人区域；5)遮挡判断的S5阶段；受摄像机3拍摄角度的限制，其视野中一人可能占据两个座位，即存在遮挡问题，为减少遮挡造成的误判，在此阶段中，主控计算机7将在初步判断有人的区域内进行二次判断，以降低误判的概率；6)移动人数统计的S6阶段；对于教室内移动的目标，主控计算机7将采用动态识别方法统计出运动的人数，以保证状态数据的准确性；7)统计出教室人员分布及总人数的S7阶段；在此阶段中，主控计算机7基于步骤 5)和6)的结果而得出教室内人员的分布及总人数信息。
权利要求
1.一种教室状态统计查询系统，其特征在于所述的教室状态统计查询系统包括基于网络互联的多个教室状态统计终端(1)和中心处理单元O)；其中教室状态统计终端(1) 固定在各个教室内黑板所在的墙壁上，其基于图像采集与分析手段获得教室人数及分布信息，并将该信息发送到中心处理单元0)，包括摄像机(3)、图像采集卡、云台(5)、云台控制器(6)和主控计算机(7)；所述的摄像机(；3)通过图像采集卡(4)与主控计算机(7)相连，其用于实时采集教室内的场景信息，并将该模拟信号传送给图像采集卡G)，图像采集卡(4)再将上述模拟图像信号进行模数转换，并将转换后的信号传送给主控计算机(7)，以便后续图像处理分析；云台( 通过云台控制器(6)与主控计算机(7)相接；主控计算机 (7)通过云台控制器(6)控制云台( 在承载摄像机(3)的同时按照指定的运动轨迹进行水平和垂直两个方向的转动，以扩大摄像机(3)的观测范围，使得教室内所有座椅位置都能进入摄像机C3)的视野，为状态统计提供保障；同时对图像采集卡(4)发送的数字图像信号进行图像预处理、运动目标识别及轮廓提取操作，从而获得教室状态信息，然后将该信息发送给中心处理单元O)，为后续状态查询提供数据支持；中心处理单元( 负责收集教室状态统计终端(1)发送的教室状态信息，并为各客户端提供查询服务。
2.根据权利要求1所述的教室状态统计查询系统，其特征在于所述的主控计算机(7) 为嵌入式计算机。
3.—种如权利要求1所述的教室状态统计方法，其特征在于所述的教室状态统计方法包括按顺序进行的下列步骤1)系统参数初始化的Sl阶段；在此阶段中，系统将对摄像机(3)的扫描路线、图像尺寸及背景模板信息进行初始化操作；2)云台旋转以使摄像机扫描教室的S2阶段；在此阶段中，在主控计算机(7)的控制下云台( 将按照设定的路线运动，同时摄像机C3)将采集及存储教室内场景图像；3)合成教室整体场景图像的S3阶段；在此阶段中，主控计算机(7)将上述步骤2)中存储的图像进行合成，以得到整体场景图像；4)座位区域统计学特征提取的S4阶段；在此阶段中，主控计算机(7)将在步骤3)中获得的整体场景图像进行去噪和光的归一化处理，利用教室模板图像和轮廓信息确定出有人区域；5)遮挡判断的S5阶段；在此阶段中，主控计算机(7)将在初步判断有人的区域内进行二次判断，以降低误判的概率；6)移动人数统计的S6阶段；对于教室内移动的目标，主控计算机(7)将采用动态识别方法统计出运动的人数，以保证状态数据的准确性；7)统计出教室人员分布及总人数的S7阶段；在此阶段中，主控计算机(7)基于步骤5) 和6)的结果而得出教室内人员的分布及总人数信息。
全文摘要
一种教室状态统计查询系统及其统计方法。系统包括基于网络互联的多个教室状态统计终端和中心处理单元；教室状态统计终端固定在各教室内黑板所在的墙壁上，包括摄像机、图像采集卡、云台、云台控制器和主控计算机；中心处理单元负责收集教室状态统计终端发送的教室状态信息，并为各客户端提供查询服务。本发明的教室状态统计查询系统及其统计方法可使学生通过网页浏览器实时了解教室占用情况和教室座位空闲率等信息，从而方便学生有效选择自习场所以及教务部门的管理，由此能够提高校园人性化、智能化管理水平。另外，本系统还可与教学楼灯光等控制系统互联，为灯光控制系统提供教室有无学生及学生分布信息，为教学楼节能工作的开展提供数据支持。
文档编号G06F17/30GK102184241SQ201110126158
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者李胜, 杨宽义, 牛国臣, 王妍玮, 胡丹丹, 高庆吉, 魏程遥 申请人:中国民航大学