一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置及处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置，包括客流处理器、车门状态检测单元和安装在公交车车门顶部的客流传感器；客流传感器用于对公交车上客门和下客门通行的乘客进行截面轮廓扫描，创建立体三维数据；客流处理器包括车门状态检测输入单元、人体特征信号输入单元、高速数据处理单元、数据缓存单元和一个数据通讯接口，用于对所有连接的所述的客流传感器的立体三维数据进行配对运算，与人体模型特征库进行比对，过滤符合与人体模型特征的物体信号，并结合车门状态信息产生实时的上客门和下客人门上车或下车的客流数据；统计精度高，且统计精度不受环境光线、车辆振动、昼夜分差等因素影响。
【专利说明】一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及客流量检测设备【技术领域】，具体涉及一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置及处理方法。
【背景技术】
[0002]对于公交车的管理者和所有者而言，一种高精度的公交车客流统计系统的使用不仅可杜绝票款流失，还可以为线路规划、车辆调度、营运管理提供精准可靠的数据支持。
[0003]专利申请号为201310688386.5的中国发明专利申请中描述了一种基于乘客多运动行为分析的公交车客流统计方法，采用视频处理技术，通过对提取乘客头部目标分析处理产生客流数据；专利申请号为201310731307.4的中国发明专利申请中描述了一种基于红外测距传感器的公交车客流统计系统，在对乘客计数过程采用红外测距传感器，对通过物体反射信号处理产生客流数据。
[0004]其中，专利申请号201310688386.5的中国发明专利申请中，视频图像受环境光线、照度变化、车辆振动、镜头曲率、摄像头成像质量以及图像处理器处理速度较慢等诸多因素的影响，使其统计精度、重复性精度无法达到高精度使用要求；专利申请号201310731307.4的中国发明专利申请中，在对乘客信息采集采用的是红外测距传感器对通过物体进行高度峰值判断处理，无法进行人物区分，无法过滤手臂动作误差等现实中较为常见的乘客运行动作，极易造成客流统计误差影响客流统计精度。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种使用红外技术对目标进行截面轮廓扫描，创建空间立体三维数据，通过对人体特征判断实现人、物分离，以及运动轨迹跟踪的统计方法，解决现有技术通过平面或简单的高度检测无法进行人、物区分等，且统计精度易受乘客动作影响的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置，包括一个客流处理器、一个车门状态检测单元和多个安装在公交车车门顶部的客流传感器；所述客流传感器包括两组阵列红外光源、一组CCD检测单元、三个透镜、一个滤光镜、一个数据处理单元和一个信号输出单元，用于对公交车上客门和下客门通行的乘客进行截面轮廓扫描，创建立体三维数据，所述三个透镜分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述的客流处理器包括一个车门状态检测输入单元、多个人体特征信号输入单元、一个高速数据处理单元、一个数据缓存单元和一个数据通讯接口，用于对所有连接的所述的客流传感器的立体三维数据进行配对运算，与人体模型特征库进行比对，过滤符合与人体模型特征的物体信号，并结合车门状态信息产生实时的上客门和下客人门上车或下车的客流数据；所述的客流处理提供了一个通讯接口，为第三方设备提供客流数据支持。
[0007]本发明进一步设置为:所述客流传感器的两组阵列红外光源包括第一阵列红外光源和第二阵列红外光源，所述第一阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述第二阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述的第一阵列红外光源固定在第一透镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第一透镜一米距离的平面上透射出一个椭圆型Z轴方向长度15CM，X轴长度8cm的椭圆型光斑；所述的第二阵列红外光源固定在第二透镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第二透镜一米距离的平面上透射出一个椭圆型Z轴方向长度15CM, X轴长度8cm的椭圆型光斑；所述的CXD检测单元固定在固定在第三透镜焦点上，CXD检测单兀和第三透镜之间设置了滤光镜，滤光镜用于过滤95 %以上的波长小于780um光线，允许波长大于780um的光线通过，减低环境光线对C⑶检测单元干扰影响，第三透镜可将入射角度±60度范围的光线聚焦在焦点上。
[0008]本发明还进一步设置为:构建空间三维坐标，公交车车门包括上客门和下客门，按车身方向即车尾到车头方向定义为X轴；按车高方向即地面到车顶方向定义为Y轴；按上客方向即车外到车内的方向定义为Z轴正方向；按下客方向即车内到车外的方向定义为Z轴负方向，X轴表示CCD检测单元所采集到的当时红外扫描获取的物体截面宽度；Y轴表示当时不同高度反射面反射的红外；Ζ轴则表示CCD检测单元所采集到的当时物体运动轨迹。
[0009]本发明还进一步设置为:所述的客流传感器的所述的第一阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CCD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第一透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围；所述的客流传感器的所述的第二阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CCD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第二透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围。
[0010]本发明还进一步设置为:所述的客流传感器的所述的数据处理单元预先定义了每个位置的砷化镓芯片激发的红外光通过物体反射在所述CCD检测单元的成像偏移量L和物体距离Y关系的运算函数，所述的数据处理单元分别控制分布与CCD检测单元X轴两侧的所述的第一阵列红外光源和所述的第二阵列红外光源的多个砷化镓芯片激发的红外光进行不同区域扫描，同时记录CCD检测单元接收的不同物体表面反射的红外的成像偏移量，通过位置偏移量和物体距离关系的运算函数绘制出物体的空间截面轮廓，并编制成立体三维数据传输给所述客流处理器进行人体模型特征比对。
[0011]本发明还进一步设置为:两组阵列红外光源分别布置在C⑶检测单元X轴的两侧，其目的在于避免由于目标物体不同高度平面反射的红外信号被遮挡导致CCD检测单元无法获取更多检测信息。
[0012]本发明还进一步设置为:构建人体模型特征库，通过大量实际环境的信息采集，经过数字化处理并整合成人体模型特征库植入所述的客流处理器的高速数据处理单元内，所述的客流处理器实时对所有所述的客流传感器不同时刻不同安装位置的三维数据进行整合配对，配对处理后的立体三维数据与人体模型特征库进行比对，过滤不符合人体特征的数据，保留并对符合人体特征的立体三维数据进行运动轨迹的连续监测，运动轨迹长度大于设置值后，正方向表不上车，负方向表不下车，轨迹长度小于设置值时，贝1J定义为无效动作运动轨迹。
[0013]本发明的优点是:与现有技术相比，本发明通过对人体肩部及头部的轮廓扫描，并根据人体特征进行判断对比，可连续分析乘客上下车动作的完整的运动轨迹，有效过滤乘客随身物体、乘客手臂等非统计目标导致的统计误差，统计精度高，且统计精度不受环境光线、车辆振动、昼夜分差等因素影响。
[0014]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例客流传感器工作流程图；
[0016]图2为本发明实施例目标物体轮廓扫描示意图；
[0017]图3为本发明实施例系统结构框图；
[0018]图4为本发明实施例客流传感器系统结构示意图；
[0019]图5为本发明实施例目标物体运动轨迹检测示意图。
【具体实施方式】
[0020]参见图1、图2、图3、图4、图5，本发明公开的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置，包括一个客流处理器、一个车门状态检测单元和多个安装在公交车车门顶部的客流传感器；所述客流传感器包括两组阵列红外光源、一组CCD检测单元、三个透镜、一个滤光镜、一个数据处理单元和一个信号输出单元，用于采集公交车上客门和下客门的乘客通行人体特征信息创建立体三维数据，即用于对公交车上客门和下客门通行的乘客进行截面轮廓扫描，创建立体三维数据，所述三个透镜分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述的客流处理器包括一个车门状态检测输入单元、多个人体特征信号输入单元、一个高速数据处理单元、一个数据缓存单元和一个数据通讯接口，用于运算对所有连接的所述的客流传感器的立体三维数据进行配对运算，并结合车门状态信息产生实时的上客门和下客人门上车或下车的客流数据；所述的客流处理提供了一个通讯接口，为第三方设备提供客流数据支持。
[0021]所述客流传感器的两组阵列红外光源包括第一阵列红外光源和第二阵列红外光源，所述第一阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述第二阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述的第一阵列红外光源固定在第一透镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第一透镜一米距离的平面上透射出一个椭圆型Z轴方向长度15CM, X轴长度8cm的椭圆形光斑；所述的第二阵列红外光源固定在第二透镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第二透镜一米距离的平面上透射出一个椭圆型Z轴方向长度15CM，X轴长度8cm的椭圆形光斑；所述的CXD检测单元固定在固定在第三透镜焦点上，CXD检测单元和第三透镜之间设置了滤光镜，滤光镜用于过滤95%以上的波长小于780um光线，允许波长大于780um的光线通过，减低环境光线对C⑶检测单元干扰影响，第三透镜可将入射角度±60度范围的光线聚焦在焦点上。
[0022]一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法:构建空间三维坐标，公交车车门包括上客门和下客门，按车身方向即车尾到车头方向定义为X轴；按车高方向即地面到车顶方向定义为Y轴；按上客方向即车外到车内的方向定义为Z轴正方向；按下客方向即车内到车外的方向定义为Z轴负方向，X轴表示CCD检测单元所采集到的当时红外扫描获取的物体截面宽度；Y轴表示当时不同高度反射面反射的红外；Ζ轴则表示CCD检测单元所采集到的当时物体运动轨迹。
[0023]所述的客流传感器的所述的第一阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CXD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第一透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围；所述的客流传感器的所述的第二阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CCD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第二透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围。
[0024]所述的客流传感器的所述的数据处理单元预先定义了每个位置的砷化镓芯片激发的红外光通过物体反射在所述CXD检测单元的成像偏移量L和物体距离Y关系的运算函数，所述的数据处理单元分别控制分布与CCD检测单元X轴两侧的所述的第一阵列红外光源和所述的第二阵列红外光源的多个砷化镓芯片激发的红外光进行不同区域扫描，同时记录CCD检测单元接收的不同物体表面反射的红外的成像偏移量，通过位置偏移量和物体距离关系的运算函数绘制出物体的空间截面轮廓，并编制成立体三维数据传输给所述客流处理器进行人体模型特征比对。
[0025]参见图1，本发明公开的客流传感器工作流程，两组阵列红外光源包括了 8个方型砷化镓芯片的红外光源，所有红外光源采用扫描方式依次发送带载波的红外光，同时采集每个载波的红外光通过目标物体反射在CCD检测单元的成像位置，并计算该位置与基准位置的偏移量，通过三角测距原理计算物体表面与CCD检测单元的距离，结合8个扫描点的空间位置信息可获得检测目标在客流传感器有效检测区域内的空间轮廓立体三维数据；完成一个扫描周期所需的时间为3ms，即每3ms可更新更新一次立体三维数据，通过对上一次三维数据的保存可获得检测目标在客流传感器有效检测区域内的连续的运动轨迹。
[0026]两组阵列红外光源分别布置在CXD检测单元X轴的两侧，其目的在于避免由于目标物体不同高度平面反射的红外信号被遮挡导致CCD检测单元无法获取更多检测信息。
[0027]构建人体模型特征库，通过大量实际环境的信息采集，经过数字化处理并整合成人体模型特征库植入所述的客流处理器的高速数据处理单元内，所述的客流处理器实时对所有所述的客流传感器不同时刻不同安装位置的三维数据进行整合配对，配对处理后的立体三维数据与人体模型特征库进行比对,过滤不符合人体特征的数据保留并对符合人体特征的立体三维数据进行运动轨迹的连续监测，运动轨迹长度大于设置值后，正方向表示上车，负方向表示下车，轨迹长度小于设置值时，则定义为无效动作运动轨迹。
[0028]参见图2，本发明公开的目标物体轮廓扫描原理，客流传感器的两组阵列红外光源分别布置在CCD检测单元X轴的两侧，其目的在于避免由于目标物体不同高度平面反射的红外信号被遮挡导致CCD检测单元无法获取更多检测信息；这样设置后，乘客进入客流传感器检测区域内时，根据CXD检测单元的LI或L4成像偏移量，通过三角测距原理计算扫描点物体表面与CCD检测单元之间的距离，从而获得乘客肩部与客流传感器的距离Y2 ;根据CXD检测单元的L2或L3成像偏移量，通过三角测距原理计算扫描点物体表面与CXD检测单元之间的距离，从而获得乘客头部与客流传感器的距离Yl ;根据CCD检测单元的LI和L4成像偏移量，通过三角测距原理和三角函数关系，可计算出乘客头部宽度XT,完成创建完整的立体三维数据。
[0029]按车门宽度多个客流传感器在X轴上以间距20cm平均分布安装，相邻两个客流传感器检测区域重叠设置；若乘客从其中一个客流传感器正下方通过时，则该客流传感器可采集到乘客完整的立体三维数据，通过客流处理器的人体模型特征比对即可产生客流数据；若乘客从两个客流传感器中间通过，两个客流传感器分别采集到乘客一左一右的不完整立体三维数据，通过客流处理器的配对运算即可将两个客流传感器分别采集到乘客一左一右的不完整立体三维数据整合成一个完整的立体三维数据在通过人体模型特征比对即可产生客流数据。
[0030]参见图5，本发明公开的目标物体运动轨迹检测原理，客流传感器的第一阵列红外光源和第一阵列红外光源通过第一透镜和第二透镜扫描投射后，在距离一米距离的平面上相当于投射出一个Z轴上长度15cm，X轴上长度50cm的方形光斑，乘客在上下车动作时需要以Z轴方向穿过该光斑，行程距离为ZL ;从进入光斑区域的起始位置到离开光斑区域的终止位置，反射光线在CXD检测单元在Z轴方向产生了距离为LZ的成像偏移，通过对LZ偏移方向可获得乘客运行方向及上客方向或下客方向。
[0031]上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置，其特征在于:包括一个客流处理器、一个车门状态检测单元和多个安装在公交车车门顶部的客流传感器；所述客流传感器包括两组阵列红外光源、一组CXD检测单元、三个透镜、一个滤光镜、一个数据处理单元和一个信号输出单元，用于对公交车上客门和下客门通行的乘客进行截面轮廓扫描，创建立体三维数据，所述三个透镜分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述的客流处理器包括一个车门状态检测输入单元、多个人体特征信号输入单元、一个高速数据处理单元、一个数据缓存单元和一个数据通讯接口，用于对所有连接的所述的客流传感器的立体三维数据进行配对运算，与人体模型特征库进行比对，过滤符合与人体模型特征的物体信号，并结合车门状态信息产生实时的上客门和下客人门上车或下车的客流数据；所述的客流处理提供了一个通讯接口，为第三方设备提供客流数据支持。
2.根据权利要求1所述的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置，其特征在于:所述客流传感器的两组阵列红外光源包括第一阵列红外光源和第二阵列红外光源，所述第一阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述第二阵列红外光源由多个方型砷化镓芯片排列组成，由高纯度全透明树脂整体封装，方型砷化镓芯片组间距小于0.2mm,每个方型砷化镓芯片可单独外加带载波的正向偏压向PN结注入电流激发红外光；所述的第一阵列红外光源固定在第一透镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第一透镜一米距离的平面上透射出一个Z轴方向长度15CM，X轴长度8cm的椭圆型光斑；所述的第二阵列红外光源固定在第二透 镜焦点上，每个方型砷化镓芯片激发红外光通过透镜投射在距离第二透镜一米距离的平面上透射出一个Z轴方向长度15CM，X轴长度8cm的椭圆型光斑；所述的CXD检测单元固定在固定在第三透镜焦点上，CCD检测单元和第三透镜之间设置了滤光镜，滤光镜用于过滤95%以上的波长小于780um光线，允许波长大于780um的光线通过，减低环境光线对CCD检测单元干扰影响，第三透镜可将入射角度±60度范围的光线聚焦在焦点上。
3.—种如权利要求1或2所述的基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法，其特征在于:构建空间三维坐标，公交车车门包括上客门和下客门，按车身方向即车尾到车头方向定义为X轴；按车高方向即地面到车顶方向定义为Y轴；按上客方向即车外到车内的方向定义为Z轴正方向；按下客方向即车内到车外的方向定义为Z轴负方向，X轴表示CCD检测单元所采集到的当时红外扫描获取的物体截面宽度；￥轴表示当时不同高度反射面反射的红外；Z轴则表示CCD检测单元所采集到的当时物体运动轨迹。
4.根据权利要求3所述的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法，其特征在于:所述的客流传感器的所述的第一阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CCD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第一透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过第一透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围；所述的客流传感器的所述的第二阵列红外光源由所述数据处理单元进行控制，在X轴上从与CCD检测单元最远的方型砷化镓芯片开始依次激发红外光；通过所述的第二透镜的投射，每个砷化镓芯片激发的红外光通过第二透镜折射具有不同出射角度，覆盖以所述的客流传感器为中心的50cm宽度范围；第一阵列红外光源通过第一透镜投射的光斑范围与第二阵列红外光源通过第二透镜投射的光斑范围重叠。
5.根据权利要求4所述的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法，其特征在于:所述的客流传感器的所述的数据处理单元预先定义了每个位置的砷化镓芯片激发的红外光通过物体反射在所述CXD检测单元的成像偏移量L和物体距离Y关系的运算函数，所述的数据处理单元分别控制分布与CCD检测单元X轴两侧的所述的第一阵列红外光源和所述的第二阵列红外光源的多个砷化镓芯片激发的红外光进行不同区域扫描，同时记录CCD检测单元接收的不同物体表面反射的红外的成像偏移量，通过位置偏移量和物体距离关系的运算函数绘制出物体的空间截面轮廓，并编制成立体三维数据传输给所述客流处理器进行人体模型特征比对。
6.根据权利要求5所述的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法，其特征在于:两组阵列红外光源分别布置在C⑶检测单元X轴的两侧，其目的在于避免由于目标物体不同高度平面反射的红外信号被遮挡导致CCD检测单元无法获取更多检测信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于人体模型特征的公交车客流统计装置的处理方法，其特征在于:构建人体模型特征库，通过大量实际环境的信息采集，经过数字化处理并整合成人体模型特征库植入所述的客流处理器的高速数据处理单元内，所述的客流处理器实时对所有所述的客流传感器不同时刻不同安装位置的三维数据进行整合配对，配对处理后的立体三维数据与人体模型特征库进行比对,过滤不符合人体特征的数据保留并对符合人体特征的立体三维数据进行运动轨迹的连续监测，运动轨迹长度大于设置值后，正方向表示上车，负方向表示下车，轨迹长度小于设置值时，则定义为无效动作运动轨迹。
【文档编号】G07C9/00GK103955980SQ201410200293
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】叶志毅 申请人:温州亿通自动化设备有限公司