专利名称：采用可变形二维曲线的人流量检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用可变形二维曲线的人流量检测方法及系统，用于商场、道路、 车站等公共场所管理、非刚体目标识别和跟踪、视频运动分析等应用领域，在视频图像处 理、计算机视觉、模式识别以及人工智能等方面都有实际应用价值。属于计算机视觉和视频 图像处理领域。
背景技术：
目前，国内外采用人头模型进行跟踪监测已开展了一系列研究工作。这些技术可 以分为两类基于二维模型的技术和基于三维模型的技术。二维的方法包括基于边缘、基 于面貌特征、基于脸部特征、基于相似性的技术。三维模型包括圆柱体、椭圆体、多边形网 格。Kiyotake Yachi等采用椭圆代表人头轮廓，在图像中的一个椭圆有五个参数。 John MacCormick等采用B样条曲线当作观察模型进行多人头的跟踪。Wooju Ryu等采用 三维圆柱体头模型(CHM)和动态模板进行快速地三维人头跟踪。Marius Malciu等采用了 一种椭球体曲面或者特别的合成傅立叶曲面进行三维人头建模。Kazimori Terada等采用 多边形网格进行人头建模，它包含皮肤或者头发颜色等统计学的颜色信息。仇Zhong等提 出了基于原型的可变形模板进行脸的跟踪。可变形模板使用从先前帧提取的先验形状信息 来在新的帧中给物体建模。尹宝才、高文等提出了一种基于模型的头部运动估计和面部图像合成方法。采用 的模型由三角形、空间顶点、长方体柱面、B样条曲面构成。李梦东和阮秋琦提出了一种借助 合成模型估计头部三维运动的算法，通过三维网格模型或合成图像与输入图像的比较，确 定模型的运动。刘云海等提出了提取头部刚体运动参数利用基于特征点对的运动参数估计 算法，还指出提高运动参数估计的精度在于选择合适的特征点和建立一个和特定人脸相 一致的三维线框模型。贾云得等采用圆柱模型来拟合人头部，并在展开后的圆柱表面内 进行特征选取和跟踪。马颂德等提出了一种结合直方图匹配和椭圆形状约束的鲁棒跟踪方 法。
发明内容
本发明的目的在于针对人流量检测中刚体模型不能准确表示人头形状的不足，提 出一种采用可变形二维曲线在图像中检测人头的人流量检测方法，该方法只需要一个摄像 头就可以进行人流量检测，降低人流量检测成本，适用于各种运动目标的检测、计数。为实现这样的目的，本发明的技术方案中，搭建系统硬件平台，采用一个摄像头放 置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，采集每帧彩色图像，采用可变 形二维曲线拟合图像上各个人头的轮廓，根据二维曲线的参数和中心之间距离进行运动跟 踪和计数。首先采用摄像头、视频线、视频采集卡、计算机(或DSP视频开发板)搭建系统硬 件平台，采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，采集每帧彩色图像，根据采集当前帧图像的R，G，B分量值提取人头，采用图像分割技术检测 当前帧图像上的各个人头边缘轮廓。然后采用曲线拟合技术使用可变形二维曲线拟合当前 帧图像上各个人头的边缘轮廓，求出各个二维曲线的参数和中心坐标，将前一帧和当前帧 图像上各个二维曲线的参数和中心之间距离进行比较找出对应关系。最后在各帧图像上设 定的位置画出计数线，根据前一帧和当前帧图像上各个对应的二维曲线与计数线的位置关 系进行进、出人数计数。本发明的人流量检测方法具体包括以下几个步骤 1.人流量检测系统的硬件和软件设计采用摄像头、视频线、视频采集卡、计算机搭建人流量检测系统的硬件平台，制作软件 界面，该界面能同时显示四个门(通道)的进、出人数和视频。也可采用摄像头、视频线、DSP 视频开发板搭建人流量检测系统的硬件平台。按人流量检测系统流程图采用步骤2-5的方 法进行软件编程。2.采用图像分割技术检测当前帧图像上的各个人头边缘轮廓采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，采集 每帧彩色图像，采集的当前帧图像I(x，y，i)的R，G，B分量分别为IK(x，y，i)，Ig(χ, y, i), Ib (χ, y, i)，将R，G, B三分量值都小于60并且三分量相互相减的绝对值都小于25的像素提 取得到人头图像TIy采用形态学运算(如腐蚀与膨胀)消除人头图像TL中的孤立点和部分 小目标区域。3.采用可变形二维曲线拟合当前帧图像上各个人头的轮廓采用图像分割技术(如Carmy边缘算子)检测当前帧图像上各个人头的边缘轮廓，采用 曲线拟合技术使用可变形二维曲线拟合当前帧图像上各个人头的边缘轮廓，求出各个二维 曲线的参数k、a、b，将不符合人头参数尺寸的曲线及其所在的目标区域消除。求出各个二 维曲线中心坐标( ，％)，将各个二维曲线标记成不同的编号。4.根据各个二维曲线的参数和中心之间距离进行人头运动跟踪将前一帧和当前帧图像上各个二维曲线的中心距离、k、a、b等参数进行比较找出对应 关系，若前一帧图像上某一个二维曲线L1与当前帧图像上某一个二维曲线L2的中心距离、 k、a、b等参数的差异均小于给定的阈值，则这两个二维曲线所代表的为同一个人的人头，将 二维曲线L2标记成二维曲线L1的编号。5.进、出人数计数在前一帧和当前帧图像上设定的位置画出计数线，若前一帧图像上二维曲线L1的中心 在计数线的门内侧，当前帧图像上二维曲线L2的中心在计数线的门外侧，则出门人数加1 ； 若！^的中心在计数线的门外侧，L2的中心在计数线的门内侧，则进门人数加1。本发明方法简单，实现容易。建立的可变形二维曲线能准确地反映人头的形状。本 发明方法适合于各种运动目标的检测、计数。实验采用便宜、容易安装的视频摄像头采集数 据，不需要附加设备，提取、计算人头运动特征的方法简单，具有实时性、非接触等优点。
图1为摄像头拍摄人流的场景示意图。图1中，一个摄像头放置在门(通道)的正上方，摄像头下方为计数线。
图2为本发明人流量检测系统的软件界面。图2中，软件界面左边为四个门(通道)的进、出人数显示，右边为四个门(通道) 正上方摄像头采集的视频显示。软件界面上方的“用户设置”按钮用于设置进入该软件界 面的用户名和密码，“通道设置”按钮用于选择显示的通道，“历史数据”按钮用于查询数据 库中的历史人流量数据。图3为本发明人流量检测系统的流程图。图3中，系统运行经过视频采集、人头检测、边缘检测、可变形曲线拟合、运动跟 踪、人数计数6个步骤。图4为图像中人头检测、人头轮廓提取、曲线拟合的实验结果。图4中，(a)是门(通道)正上方摄像头拍摄的图像，(b)是与(a)图像对应的人 头检测结果，(c)是与(b)图像对应的人头边缘轮廓检测结果，(d)是对应于(C)的可变形 二维曲线拟合结果。图5为可变形二维曲线。图5中，该曲线由五个参数确定中心位置坐标(χ。，yQ)、k、a、b。
具体实施例方式为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例作进一步的详细描 述。实施例具体针对附图3、4、5进行人流量检测过程的描述。1.采用摄像头、视频线、视频采集卡、计算机搭建人流量检测系统的硬件平台，拍 摄场景如图1所示。制作人流量检测系统软件界面，如图2所示，软件界面左边为四个门(通 道)的进、出人数显示，右边为四个门(通道)正上方摄像头采集的视频显示。软件界面上方 的“用户设置”按钮用于设置进入该软件界面的用户名和密码，“通道设置”按钮用于选择显 示的通道，“历史数据”按钮用于查询数据库中的历史人流量数据。也可采用摄像头、视频 线、DSP视频开发板(如DM6446 CPU板)搭建人流量检测系统的硬件平台。按图3中人流量 检测系统流程采用步骤2-5的方法进行软件编程。2.采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行 拍摄，采集每帧彩色图像，采集当前帧图像I (x，y，i)的R，G，B分量分别为IK(x，y，i)， Ig(χ, y, i)，Ib (χ, y, i)，将R，G, B三分量值都小于60并且三分量相互相减的绝对值都小于 25的像素提取得到人头图像TIl 'O iJXl&(x,y,i) <60JQ(x,y,i)<60JB(x,y,j)<6Q,\Is(x,y,i)-ls(x,y,i)\= <25，<25, |40,>',i)—/乂<25)255 eiss人头图像TL检测结果如图4(b)所示。采用形态学运算(如腐蚀与膨胀)消除人头图 像TL中的孤立点和部分小目标区域。3.采用图像分割技术(如Carmy边缘算子)提取当前帧图像上各个人头的边 缘轮廓，得到与图4(b)对应的边缘检测结果，如图4(c)所示。可变形二维曲线方程为,2~- +h^-TJ + ^ = ι ,其中M <〗，如图5所示。采用曲线拟合技术使用满足上述方程的可变形二维曲线拟合当前帧图像上各个人头的边缘轮廓，如图4(d)所示。求出各个二维曲线的 参数k、a、b，将不符合人头参数尺寸的二维曲线及其所在的目标区域消除。二维曲线中心坐标表达式为 = ~^7 ，>'o = 0 ，通过上述表达式求出各个二维曲线中心坐标l — k(Xo，y。)。将各个二维曲线标记成不同的编号。4.将前一帧和当前帧图像上各个可变形二维曲线的中心之间距离、k、a、b等参数 进行比较找出对应关系，若前一帧图像上某一个二维曲线L1和当前帧图像上某一个二维曲 线L2的中心之间距离、k、a、b等参数的差异均小于给定的阈值，则这两个二维曲线所代表 的为同一个人的人头。将二维曲线L2标记成二维曲线L1的编号。5.在各帧图像上设定的位置画出计数线，若前一帧图像上二维曲线L1的中心在 计数线的门内侧，当前帧图像上二维曲线L2的中心在计数线的门外侧，则出门人数加1 ；若 L1的中心在计数线的门外侧，L2的中心在计数线的门内侧，则进门人数加1。
权利要求
1. 一种采用可变形二维曲线的人流量检测方法及系统，其特征在于包括如下具体步骤1)采用摄像头、视频线、视频采集卡、计算机(或DSP视频开发板)搭建人流量检测系统 的硬件平台，制作软件界面，该界面能同时显示四个门(通道)的进、出人数和视频。按人流 量检测系统流程图的步骤进行软件编程；2)采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，采 集每帧彩色图像，根据采集当前帧图像的R，G, B分量值提取人头区域。采用形态学运算消 除人头图像中的孤立点和部分小目标区域；3)采用图像分割技术检测各个人头在当前帧图像上的边缘轮廓，采用曲线拟合技术使 用可变形二维曲线拟合当前帧图像上各个人头的边缘轮廓，求出各个二维曲线的参数和中 心坐标，将不符合人头参数尺寸的曲线及其所在的目标区域消除。将各个二维曲线标记成 不同的编号；4)将前一帧和当前帧图像上各个可变形二维曲线的参数、中心之间距离进行比较找出 对应关系，若前一帧和当前帧图像上两个二维曲线的参数、中心之间距离的差异均小于给 定的阈值，则这两个二维曲线所代表的为同一个人的人头。将两个二维曲线标记成同样的编号；5)在各帧图像上设定的位置画出计数线，根据前一帧和当前帧图像上对应的可变形二 维曲线的参数、中心位置与计数线的位置关系进行进、出人数计数。
全文摘要
一种采用可变形二维曲线的人流量检测方法及系统，采用摄像头、视频线、视频采集卡、计算机(或DSP视频开发板)搭建系统硬件平台，制作软件界面，首先采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，采集每帧彩色图像，根据采集当前帧图像的R,G,B分量值提取人头，采用图像分割技术检测当前帧图像上各个人头的边缘轮廓。然后采用曲线拟合技术使用可变形二维曲线拟合当前帧图像上各个人头的边缘轮廓，求出各个二维曲线的参数和中心坐标，将前一帧和当前帧图像上各个二维曲线的参数和中心之间距离进行比较找出对应关系。最后根据前一帧和当前帧图像上各个对应的二维曲线与计数线的位置关系进行进、出人数计数。
文档编号G07C9/00GK102054306SQ20111003370
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者潘海朗 申请人:潘海朗