一种基于红外阵列的人流行为分析系统及人体识别方法与流程

本发明属于红外技术应用领域，特别是涉及一种基于红外阵列的人流行为分析系统及人体识别方法。

背景技术：

随着现代红外技术的发展，利用红外技术测量人的体表温度的应用场景呈现多样性，主要是分为室内场景和室外场景，这两个场景的对红外技术应用的影响主要在于两者背景温度存在差异，在各个领域区分应用红外技术的一个侧重点在于区分目标温度与背景温度，为了实现这种区分，通常作眼有于硬件技术的和处理技术两个方面。采用红外阵列的红外器件内集成了多个热电元件，因为一次检测可以覆盖一定大小面积的区域，与单点热电堆红外传感器和热释电传感器相比，红外阵列提供了探测移动的人体和物体，还能够探测不动的人体和物体的出现和位置、运动方向。但红外阵列受限于分辨率与探测距离的影响，对于目标的分辨需要采用辅助的处理技术。

现有室内人流行统计通常采用图像摄像头采集视频信息，进行图像处理，利用面部识别技术的方式来清点人数，该方法受限于图像清晰度和图像处理技术的限制，而且成本高，阴影区、遮蔽物也容易带来误差。

如何采用红外技术，可靠实现人数统计、人流行为的分析，是一种经济实惠的方法，但其可靠性缺存在很大缺陷。

技术实现要素：

针对现有红外技术和室内人流统计系统与方法的缺点，本发明提供一种基于红外阵列及其人体识别方法，能可靠实现人体识别，以便于人数大数据统计。

为达到上述目的，本技术方案如下：

一种基于红外阵列的人流行为分析系统，其关键在于：包括检测终端，传输模块和处理后台，所述检测终端将温度数据包传送给传输模块，所述传输模块将温度数据包传送给处理后台；

所述检测终端包括红外阵列、控制器、无线通信模块，所述控制器提取红外阵列采集的温度数据，该控制器将获取的温度数据打包成温度数据包后再发送给无线通信模块，该无线通信模块将温度数据包传送给传输模块。

红外阵列采集温度数据，从最低成本的角度，实现了面层面的数据捕获，并有指向性地获取目标数据，即获取了室内区域内人的体表温度数据，检测终端将温度数据包通过传输模块传送给处理后台，处理后台从而获得人数统计与人流停留时间、人流方向分析所需的原始数据。

进一步地，所述传输模块包括路由模块和网关模块；

其中路由模块包括路由红外阵列、路由控制器、路由无线通信模块，所述路由控制器提取路由红外阵列采集的温度数据，该路由控制器将获取的温度数据打包成温度数据包后再发送给路由无线通信模块，路由无线通信模块将温度数据包传送给网关模块，所述路由无线通信模块还传输无线通信模块的温度数据包给所述网关模块。

所述网关模块包括单片机、路由器，网关无线通信模块，网关无线通信模块发送温度数据包给单片机；

所述单片机的数据上行端组或者连接有线网口，该单片机将获取的温度数据包经有线网口发给路由器，该路由器将温度数据包转发给处理后台；

该单片机的数据上行端组或者连接无线WIFI模块，该单片机将获取的温度数据包经无线WIFI模块发给路由器，该路由器将温度数据包转发给处理后台。

传输模块获取检测终端的温度数据包后转发到处理后台，处理后台从而获取温度数据包，进而作进一步处理分析。

进一步地，所述温度数据包为所述红外阵列监测到的红外图像像素阵列，每间隔一段时间S秒，红外阵列传输一幅红外图像像素阵列图给所述控制器。

实际应用中，间隔时间已达到了微秒级。

红外阵列每秒钟可以采集固定数的红外图像像素帧，可以在红外阵列许可的采集频率内定义发送红外图像像素阵列图的时间间隔。

进一步地，所述处理后台结合红外图像像素阵列图的坐标关系，对每帧红外图像像素阵列图进行分析，并对其中出现的高温像素点进行判断，若连续N帧以上的高温像素点位置一致则初步判断为有发热源，等待至当发热源移动，则可判断该发热源为人体热源，结合人体热源所占像素点的点数则可判断该发热源为人体热源，结合连续帧红外图像像素阵列图，记录人体热源在本红外阵列下的行动轨迹。

连续N帧以上的高温像素点位置一致则初步判断为有发热源可以排除瞬间的温度干扰，等待至放热源移动，可以排除固定的热源干扰，结合结合人体热源所占像素点的点数，可以排除移动的热源对于移动的人体热源监测所带来的干扰。

进一步地，所述无线通信模块、路由无线通信模块、网关无线通信模块都为同一类型传输模块，或者为zigbee模块，或者为蓝牙模块。无线通信模块采集接收控制器采集的温度数据可以直接发送给传输模块，也可以通过其他无线通信模块的路由功能转发至传输模块。

从检测终端(1)到路由模块到网关模块再到处理后台(3)，呈单列纵向数据传输，保证了数据的有效采集，可避免数据丢失或数据重复，提高监测效率。

一种基于红外阵列的人体识别方法，其关键在于：该基于红外阵列的人流行为分析系统中，其处理后台设置有人体识别系统，其人体识别的方法：

用于开始步骤；

用于提取红外图像像素阵列图的步骤；

用于查找第i帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤，i是自然数；

用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤，在当前环境温度信息下，人体温度值为温度参考值；

用于判断当前帧中各坐标点中是否有温度点大于或等于温度差值表中的温度参考值的步骤；

如果小于温度差值表中的温度参考值，则没有发热源，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；如果大于或等于温度差值表中的温度要求，则进入用于查找下一帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤；

用于判断当前红外图像像素阵列图中各坐标点中是否有温度点大于或等于温度差值表中温度参考值的步骤：

若小于温度参考值，则没有发热源，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果大于或等于温度参考值，则进入用于判断该帧发热源坐标位置是否与上一帧发热源坐标位置相同的步骤：

坐标位置相同，则进入用于标注当前比较一致的两帧红外图像像素阵列图为热源红外像素阵列图的步骤；

坐标位置不同，则进入用于调取后一帧的步骤；

用于查找后一帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤，用于比较当前帧发热源坐标位置是否与前一帧发热源坐标位置相同的步骤：

如果坐标位置不同，则确定上一帧中发热源为干扰的步骤，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果坐标位置相同，则进入所述用于标注当前比较一致的两帧红外图像像素阵列图为热源红外像素阵列图的步骤；

用于获取像素表的步骤：该像素表中记录有在当前红外阵列高度下，人体热源所占像素点的点数；

用于判断热源红外像素阵列图中，热源点数是否与人体热源所占像素点点数一致的步骤；

如果不一致，则进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果一致，则进入将坐标位置比较后的两帧热源红外像素阵列图标记为有人红外像素阵列图的步骤，并对二者中的人体红外源一致性标注为Rn；

用于累计前述两帧有人红外像素阵列图进入有人红外像素阵列图库的步骤；

S2：用于调取下一帧红外图像像素阵列图中的步骤；

用于判断下一帧红外图像像素阵列图中热源信息与前一帧有人红外像素阵列图中的热源点数是否一致；

如果一致，则用于将该红外图像像素阵列图累计入有人红外像素阵列图库的步骤，并对红外图像像素阵列图中的人体红外源标注为Rn；并返回所述S2：用于调取下一帧红外图像像素阵列图中的步骤；n为人数，当采集到下一人体红外源后，标记为n+1，该数据可从有人红外像素阵列图库提取；

如果不一致，则进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

用于结束的步骤；

所述处理后台对该流程运行后，实现了对温度数据包的分析，识别出温度数据包中人体所对应的温度点，并实现了对温度数据包中所有人数的统计。

B、计算人流停留时间的流程

用于开始的步骤；

用于初始化的步骤，y＝0；当红外图像像素阵列图由前一帧无人状态，进入当前帧有人状态时，当前帧标记为A；当红外图像像素阵列图由前一帧有人状态，进入当前帧无人状态时，当前帧标记为B，无人开始时间清零，有人开始时间清零，获取历史红外图像像素阵列图；

用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

用于判断是否y＝0的步骤；

如果y＝0，则进入有人统计流程，如果y＝1，则进入无人统计流程；

所述有人统计流程为：

用于判断当前帧红外图像像素阵列图是否有标记A；

如果有标记A，则进入统计全部有人时间的步骤；再设置y＝1，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果没有标记A，则进入；

用于判断当前帧红外图像像素阵列图中是否有人的步骤；

如果无人，则返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果有人，则进入用于对当前帧红外图像像素阵列图标记A的步骤；

用于记录有人开始时间的步骤；再设置y＝1，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

所述无人统计流程为：

用于判断当前帧红外图像像素阵列图是否有标记B；

如果没有标记B，则进入；

用于判断当前帧红外图像像素阵列图中是否无人的步骤；

如果有人，则返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果无人，则进入用于对当前帧红外图像像素阵列图标记B的步骤；

用于记录无人开始时间的步骤；再设置y＝0，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果有标记B，则进入统计全部无人时间的步骤；

用于计算全部人流时间的步骤；利用每帧红外图像像素阵列图中所记录的时间点，计算每段有人时间量和每段无人时间量后，分别进行累加。

结束；

所述处理后台对该流程运行后，对红外图像像素阵列图进行分析，计算出检测终端所检测到的人流的停留时间。

C、计算人流行进方向的流程：

用于开始的步骤；

用于提取第一段有人时段内全部有人红外图像像素阵列图，将每帧红外图像像素阵列图分为L个区域的步骤；

用于指定每帧红外图像像素阵列图中每个人的关键像素点的步骤；

用于将本段时间分成m个统计时段f的步骤；

用于在每个区域内，对每个统计时段f的全部个人关键像素点进行叠加的步骤；

用于根据叠加量，沿m个统计时段的时间顺序，确定本有人时段内的人流在L个区域之间的移动方向的步骤；

提取下一段有人时段的，如此循环，直至最后一个有人时段；

结束。

所述处理后台对该流程运行后，对红外图像像素阵列图进行分析，统计人流行进方向。

进一步地，所述温度差值表的建立包括以下步骤：

步骤1.1、采集不同环境温度下多人的体表温度；

步骤1.2、根据环境温度算术平均值、人的体表温度算术平均值生成温度差值表；

步骤1.3、将温度差值表录入处理后台的存储器；

所述像素表的建立包括以下步骤：

步骤2.1、采集红外阵列安装在不同高度下人体所占像素点点数；

步骤2.2、根据高度与像素点点数的对应数据，生成像素表；

步骤2.3、将像素表录入处理后台的存储器。

所述步骤的执行，建立了温度差值表和像素表，为处理后台提供了温度参考点和人体热源所占像素点点数参考值。

采用本发明的有益效果：针对现有红外技术和室内人流统计系统与方法的缺点，本发明提供了一种基于红外阵列及其人体识别方法，能可靠实现人体识别，以便于人数大数据统计和人流行为大数据分析。

本发明采用红外阵列技术及像素处理技术相结合，不仅做到了成本最低，更保证了运算数据量小，提高了运算速度，且数据量获取数量能根据需要设定。

附图说明

图1为系统总体框图；

图2为检测终端示意图；

图3为传输模块示意图；

图4为路由模块示意图；

图5为有线网口的网关模块示意图；

图6为无线WIFI的网关模块示意图；

图7为控制器的电路图；

图8为红外阵列的驱动电路图；

图9为zigbee通信模块的电路图；

图10为电源模块的电路图；

图11为的录入温度差值表的步骤图；

图12为的建立像素表的步骤图；

图13为人体识别及人流统计的流程图；

图14为计算人流停留时间的流程图；

图15为计算人流行进方向的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于红外阵列的人流行为分析系统，包括检测终端1，传输模块2和处理后台3，所述检测终端1将温度数据包传送给传输模块2，所述传输模块2将温度数据包传送给处理后台3；

如图2、7～10所示，所述检测终端1包括红外阵列102、控制器101、无线通信模块103、电源模块104，所述控制器101提取红外阵列102采集的温度数据，该控制器101将获取的温度数据打包成温度数据包后再发送给无线通信模块103，电源模块104为红外阵列102、控制器101、无线通信模块103直流供电，该无线通信模块103将温度数据包传送给传输模块2。

如图3～9所示，所述传输模块2包括路由模块和网关模块；

其中路由模块包括路由红外阵列102a、路由控制器101a、路由无线通信模块103a，所述路由控制器101a提取路由红外阵列102a采集的温度数据，该路由控制器101a将获取的温度数据打包成温度数据包后再发送给路由无线通信模块103a，路由无线通信模块103a将温度数据包传送给网关模块，所述路由无线通信模块103a还传输无线通信模块103的温度数据包给所述网关模块。

所述网关模块包括单片机201、路由器203，网关无线通信模块103b，网关无线通信模块103b发送温度数据包给单片机201；

所述单片机201的数据上行端组或者连接有线网口202，该单片机201将获取的温度数据包经有线网口202发给路由器203，该路由器203将温度数据包转发给处理后台3；

该单片机201的数据上行端组或者连接无线WIFI模块202’，该单片机201将获取的温度数据包经无线WIFI模块202’发给路由器203，该路由器203将温度数据包转发给处理后台3。

如图2、4、5、6、9所示，所述无线通信模块103、路由无线通信模块103a、网关无线通信模块103b都为同一类型传输模块，或者为zigbee模块，或者为蓝牙模块。

所述温度数据包为所述红外阵列102监测到的红外图像像素阵列，红外阵列102每1秒钟连续采集8帧红外图像像素阵列图，并传输给控制器101，控制器101每隔一段时间S＝1秒钟将8帧打包组成的一幅红外图像像素阵列图传输给处理后台3。

所述处理后台3结合红外图像像素阵列图的坐标关系，对每帧红外图像像素阵列图进行分析，并对其中出现的高温像素点进行判断，若连续N帧以上的高温像素点位置一致则初步判断为有发热源，等待至当发热源移动，则可判断该发热源为人体热源，结合连续帧红外图像像素阵列图，记录人体热源在本红外阵列102下的行动轨迹。如图11～图15所示，一种基于红外阵列的人流行为分析系统的数据分析方法，包括:

该基于红外阵列的人流行为分析系统中，其处理后台设置有人流行为分析系统，人流行为分析系统的分析方法包括人体识别及人流统计的流程、计算人流停留时间的流程、计算人流量的流程，其中：

在运行人体识别的流程前，先根据实验室实际测试结果，预先设置温度差值表和建立像素表；

所述温度差值表的建立包括以下步骤：

步骤1.1、采集不同环境温度下多人的体表温度；

步骤1.2、根据环境温度算术平均值、人的体表温度算术平均值生成温度差值表；

步骤1.3、将温度差值表录入处理后台的存储器；

所述像素表的建立包括以下步骤：

步骤2.1、采集红外阵列安装在不同高度下人体所占像素点点数；

步骤2.2、根据高度与像素点点数的对应数据，生成像素表；

步骤2.3、将像素表录入处理后台的存储器。

A、所述人体识别及人流统计的流程：

用于开始步骤；

用于提取红外图像像素阵列图的步骤；

用于查找第i帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤，i是自然数；

用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤，在当前环境温度信息下，人体温度值为温度参考值；

用于判断当前帧中各坐标点中是否有温度点大于或等于温度差值表中的温度参考值的步骤；

如果小于温度差值表中的温度参考值，则没有发热源，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；如果大于或等于温度差值表中的温度要求，则进入用于查找下一帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤；

用于判断当前红外图像像素阵列图中各坐标点中是否有温度点大于或等于温度差值表中温度参考值的步骤：

若小于温度参考值，则没有发热源，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果大于或等于温度参考值，则进入用于判断该帧发热源坐标位置是否与上一帧发热源坐标位置相同的步骤：

坐标位置相同，则进入用于标注当前比较一致的两帧红外图像像素阵列图为热源红外像素阵列图的步骤；

坐标位置不同，则进入用于调取后一帧的步骤；

用于查找后一帧红外图像像素阵列图中的高温像素点的步骤，用于比较当前帧发热源坐标位置是否与前一帧发热源坐标位置相同的步骤：

如果坐标位置不同，则确定上一帧中发热源为干扰的步骤，进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果坐标位置相同，则进入所述用于标注当前比较一致的两帧红外图像像素阵列图为热源红外像素阵列图的步骤；

用于获取像素表的步骤：该像素表中记录有在当前红外阵列高度下，人体热源所占像素点的点数；

用于判断热源红外像素阵列图中，热源点数是否与人体热源所占像素点点数一致的步骤；

如果不一致，则进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

如果一致，则进入将坐标位置比较后的两帧热源红外像素阵列图标记为有人红外像素阵列图的步骤，并对二者中的人体红外源一致性标注为Rn；

用于累计前述两帧有人红外像素阵列图进入有人红外像素阵列图库的步骤；

S2：用于调取下一帧红外图像像素阵列图中的步骤；

用于判断下一帧红外图像像素阵列图中热源信息与前一帧有人红外像素阵列图中的热源点数是否一致；

如果一致，则用于将该红外图像像素阵列图累计入有人红外像素阵列图库的步骤，并对红外图像像素阵列图中的人体红外源标注为Rn；并返回所述S2：用于调取下一帧红外图像像素阵列图中的步骤；

如果不一致，则进入返回流程，进入S1：用于调取下一帧的步骤，返回所述用于获取当前环境温度信息，调用温度差值表的步骤；

用于结束的步骤。

通过以上步骤，实现了对人体的识别。达到了确认有人红外像素阵列图的技术效果。

B、计算人流停留时间的流程

用于开始的步骤；

用于初始化的步骤，y＝0；当红外图像像素阵列图由前一帧无人状态，进入当前帧有人状态时，当前帧标记为A；当红外图像像素阵列图由前一帧有人状态，进入当前帧无人状态时，当前帧标记为B，无人开始时间清零，有人开始时间清零，获取历史红外图像像素阵列图；

用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

用于判断是否y＝0的步骤；

如果y＝0，则进入有人统计流程，如果y＝1，则进入无人统计流程；

所述有人统计流程为：

用于判断当前帧红外图像像素阵列图是否有标记A；

如果有标记A，则进入统计全部有人时间的步骤；再设置y＝1，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果没有标记A，则进入；

用于判断当前帧红外图像像素阵列图中是否有人的步骤；

如果无人，则返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果有人，则进入用于对当前帧红外图像像素阵列图标记A的步骤；

用于记录有人开始时间的步骤；再设置y＝1，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

所述无人统计流程为：

用于判断当前帧红外图像像素阵列图是否有标记B；

如果没有标记B，则进入；

用于判断当前帧红外图像像素阵列图中是否无人的步骤；

如果有人，则返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果无人，则进入用于对当前帧红外图像像素阵列图标记B的步骤；

用于记录无人开始时间的步骤；再设置y＝0，并返回所述用于提取下一帧红外图像像素阵列图的步骤；

如果有标记B，则进入统计全部无人时间的步骤；

用于计算全部人流时间的步骤；利用每帧红外图像像素阵列图中所记录的时间点，计算每段有人时间量和每段无人时间量后，分别进行累加。

结束；

C、计算人流行进方向的流程：

用于开始的步骤；

用于提取第一段有人时段内全部有人红外图像像素阵列图，将每帧红外图像像素阵列图分为L个区域的步骤；

用于指定每帧红外图像像素阵列图中每个人的关键像素点的步骤；

用于将本有人时段分成m个统计时段f的步骤；

用于在每个区域内，对每个统计时段f的全部个人关键像素点进行叠加的步骤；

用于根据叠加量，沿m个统计时段的时间顺序，确定本有人时段内的人流在L个区域之间的移动方向的步骤；

提取下一段有人时段的，如此循环，直至最后一个有人时段；

结束。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。