一种基于深度图像获取客流速度和密度参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理、模式识别领域，涉及可广泛用于商场、机场、地铁站、火车站 等人流活动的大型公共场所的行人检测的算法和装置。
【背景技术】
[0002] 客流速度和客流密度是客流状态最直接的表现，在人流活动较为密集的公共场所 以及地铁、火车等交通领域，通过获取客流速度和客流密度，可实时准确的掌握客流信息， 判断客流状态，对于进行客流管理、信息发布及时采取必要的手段和措施以减小和降低拥 堵踩踏等大客流引起风险的发生率和危害程度有着重要的参考价值，对于保障公共场所人 群安全和交通设施安全运营有着极其重要的现实意义。
[0003] 客流速度和客流密度提取是在行人检测的基础上，通过连续跟踪及轨迹分析提取 计算客流速度、密度的过程。关于行人检测国内外研究较多，利用HOG特征和人体比例估计 实现行人检测、利用深度图像分割与局部特征检测相结合的方法实现行人检测、针对公交 车上客流检测提出一种基于头肩部边缘特征和局部不变特征的人体检测及跟踪算法等。在 行人检测跟踪的基础上，通过运动轨迹分析计算行人速度、密度等客流参数。国内外研究学 者提出了基于多尺度分析和人工神经网络算法上的短期交通流参数预测的方法；通过引入 交通流参数与容积延迟函数之间的关系，建立交通流参数模型进行交通流参数计算。计算 过程中涉及行人实际移动距离、空间占用等实际物理尺寸的计算，通常利用实际物体尺寸 在图像中的变化规律（像素位置）进行校准估算，且前期准备工作量大、维护扩展难度高， 且在复杂场景下准确性难以保证，尤其是在地铁等大客流且复杂多变的场景下，大范围应 用中受到限制。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于深度图获取客流速度和密度参 数的方法，该方法在行人检测跟踪的基础上，进根据行人目标在前后帧中的像素点位置和 距离信息结合对应像素点的深度数据得出行人目标前后帧实际距离，并可对场景中的不可 站人的区域进行滤除，有效提高了客流速度和密度参数计算的准确度，具有校准工作量小， 计算复杂度低、实时性和准确度高、易维护扩展等优点。可满足客流密集区域和复杂场景下 的客流参数计算。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
[0006] -种基于深度图像获取客流速度和密度参数的方法，步骤包括：
[0007] 1)深度图像采集：
[0008] 获取摄像头架设高度H及倾斜角度β ;
[0009] 设定视频帧率为P帧/秒；设定客流速度值和密度值产生时间间隔，即采样时间 T ；
[0010] 有效检测帧数K为采样时间T内视频帧内有行人目标的帧数；
[0011] 设定行人目标速度计算的起始时间是在相应行人目标出现第W帧时开始计算；
[0012] 设定采样时间T内第R帧作为客流密度检测帧；
[0013] 2)行人目标检测及跟踪：对输入的视频图像，将获取的深度图像信息按帧处理， 进行行人目标检测跟踪；
[0014] 判断检测帧内是否有行人目标；若检测帧内有行人目标，则有效检测帧数K加1， 并进入步骤3);若检测帧内没有行人目标，则返回本步骤2);
[0015] 3)通过行人目标轨迹分析，计算客流速度参数和客流密度参数：
[0016] 3. 1)计算客流速度参数的方法，包括步骤：
[0017] 3. I. 1)对有效检测帧内行人目标进行逐个判别：
[0018] a、若行人目标首次出现，记录该行人目标首次出现的像素位置和深度图像素值， 并进入步骤3. 1. 2);
[0019] b、若行人目标不是首次出现，则对该行人目标出现次数进行判断；
[0020] 若该行人目标出现次数不大于W帧，则返回本步骤3. I. 1);
[0021 ] 若该行人目标出现次数大于W帧，则检测和记录该行人目标当前像素位置和深度 图像素值，并进入步骤3.1.2);
[0022] 3. 1. 2)根据行人目标当前像素位置和深度图像素值，结合行人目标首次出现像素 位置和深度图像素值，计算行人目标实际移动角度Θ和行人目标实际移动距离Λ d，计算 该行人目标的平均速度VO = Λ d/t，t为行人目标移动时间；进行下一步骤；
[0023] 3. 1. 3)由VO得到检测帧内数量为M的所有行人目标的平均速度累加值VI，再得 到该检测帧所有行人目标的平均客流速度V2 = Vl/Μ，进行下一步骤；
[0024] 3. 1. 4)判断此时是否满足采样时间：
[0025] 若不满足采样时间，则返回步骤3. 1);
[0026] 若满足采样时间，则计算采样时间内所有有效检测帧的平均客流速度，输出客流 速度 V = V2/K ;
[0027] 3. 2)技术客流密度参数的方法，步骤包括：
[0028] 如果检测场景下是首次进行客流密度计算时，进入步骤3. 2. 1);如果检测场景下 不是首次进行客流密度计算时，进入步骤3.2.2):
[0029] 3. 2. 1)进行无人背景图获取：
[0030] 对获取的无行人目标场景背景图判断是否存在不可站用区域，若存在，则将不可 站用区域滤除，确定可站用区域；
[0031] 3. 2. 2)进行检测帧内行人目标统计：基于行人目标检测跟踪，统计该帧内行人目 标总数N ;
[0032] 3. 2. 3)进行有效检测面积计算：通过计算可站人面积、摄像头架设高度及倾斜角 度，及摄像头本身相关规格参数，建立数学模型计算有效检测面积S，即检测场境内行人目 标实际占用面积；
[0033] 3. 2. 4)进行客流密度计算：利用帧内行人目标总数N与有效检测面积S的比值求 得客流密度。
[0034] 所述步骤3. 1. 2)中：
[0035] 计算行人目标实际移动角度Θ时：
[0036] 先根据摄像头的架设高度、架设角度和倾斜视角，确定每个像素之间与摄像头位 置连线之间的夹角，并建立行人目标实际移动角度Θ的查找表；再通过行人目标当前的像 素位置和首次出现像素位置，查表确定行人目标实际移动角度Θ ;
[0037] 计算行人目标实际移动距离Λ d计算时：
[0038] 先根据行人目标当前像素位置对应的深度图像素值、以及首次出现像素位置对应 的深度图像素值，分别确定行人目标当前位置到达摄像头的距离Ll和首次出现时位置到 达摄像头的距离L2,则
[0039] 计算行人目标移动时间t时：
[0040] 行人目标是当前的检测帧数与该行人目标初始出现的检测帧数的差帧数Q，t = Q/P〇
[0041] 所述有效检测面积S的计算方法为：自动检测无行人目标存在状态下，根据摄像 机架设高度倾斜角度信息，利用空间投影，确定空间物体在地面的投影位置，计算出可站人 面积；
[0042] 在有行人目标存在状态下，利用空间投影，确定行人目标平均高度，确定在该平均 高度条件下实际可监控行人区域，再次利用空间投影，确定该区域在地面所对应的投影位 置，根据该投影位置计算出有效检测面积S。W的取值为15~20 ;视频帧率P为25帧/秒 或30帧/秒；采样时间T为5s~IOs ;客流密度检测帧R设为第25帧或者其它不超出采 样时间T的帧数。
[0043] 在工程实现时候，具体如下：
[0044] 基于深度图像获取客流速度参数的方法，其流程为：
[0045] (1)获取摄像机架设高度H及倾斜角度β，设定行人目标速度计算在行人目标出 现第W帧时