本發(fā)明涉及人口熱圖的生成，尤其涉及局部地域熱圖的生成和處理。
背景技術(shù)：
大數(shù)據(jù)人口熱圖研究以人口群體的行為作為研究對象，通過人口分布密度，人口流動等參數(shù)進(jìn)行群體行為特征，從宏觀方面可以研究城市人口管理、城市建設(shè)、交通規(guī)劃等，至于局部地域人口熱圖的研究主要應(yīng)用于解決局部人口的密集度、危險預(yù)警、人口集散、人口導(dǎo)流等，增加社會安全減少事故等。
人口熱圖的研究方法，通過視頻圖像以及電子信息等技術(shù)手段采集人口的信息，然后再進(jìn)行技術(shù)處理，得到以熱圖形式的直觀的人口分布圖像。
人口熱圖數(shù)據(jù)來源可以是手機(jī)移動信息以及視頻監(jiān)。這倆種數(shù)據(jù)來源都存在一些不足之處，但是各有自己的優(yōu)勢。
首先，手機(jī)移動信息可以解決大范圍的人口信息來源，但是手機(jī)數(shù)據(jù)由于其定位不是很準(zhǔn)確，加之一些其他因素，比如一人多機(jī)，或者以及多卡，或者有人不帶手機(jī)，等等，因此手機(jī)移動信息的置信度就到底有多大很難說清楚，再有就是手機(jī)移動信息是行業(yè)秘密，想從移動公司獲得數(shù)據(jù)十分困難，尤其是實(shí)時數(shù)據(jù)基本上無法得到。只有特殊的用戶才有權(quán)利獲得。
視頻監(jiān)控所獲得的視頻信息有比較好的準(zhǔn)確率，而且也容易獲得視頻數(shù)據(jù)：人群密集處，比如廣場、車站、展覽館、旅游景點(diǎn)等地方，一般會有一個或幾個攝像頭采集視頻。但是計(jì)算機(jī)無法直接根據(jù)視頻圖像直接獲得人口熱圖，必須進(jìn)行人數(shù)計(jì)算，已知的是通過視頻識別進(jìn)行人頭遍歷。但是該方法數(shù)據(jù)量比較大，處理時間長，對于人群密集的大場景不容易做到實(shí)時處理，并且只能得到視場內(nèi)人口數(shù)量，人口分布信息不易獲得。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上問題作出，用以克服或減緩現(xiàn)有技術(shù)存在的一種或更多種缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱圖生成方法，包括：視頻圖像獲得步驟，獲得監(jiān)控區(qū)視頻圖像；采樣點(diǎn)確定步驟，確定要進(jìn)行采樣的多個采樣點(diǎn)；采樣點(diǎn)人口密度確定步驟，確定各采樣點(diǎn)的人口密度；擬合步驟，根據(jù)所獲得的各采樣點(diǎn)的人口密度，通過數(shù)據(jù)擬合，得到整個監(jiān)控區(qū)域的人口密度。
根據(jù)一種實(shí)施方式，本方法還包括熱圖呈現(xiàn)步驟。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述采樣點(diǎn)確定步驟在所述監(jiān)控區(qū)內(nèi)均勻地獲得采樣點(diǎn)；所述方法還包括補(bǔ)充采樣步驟，根據(jù)各采樣點(diǎn)的人口密度，在人口密度高于預(yù)定閾值的采樣點(diǎn)周圍增加采樣點(diǎn)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述采樣點(diǎn)人口密度確定步驟包括：采樣面積確定步驟，確定以采樣點(diǎn)為圓心的采樣橢圓的面積；采樣人數(shù)確定步驟，確定所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)；人口密度確定步驟，根據(jù)所述采樣橢圓的面積和所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)，確定所述采樣點(diǎn)的人口密度ρ(x,y)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述采樣面積確定步驟包括：采樣參數(shù)確定步驟，根據(jù)圓心坐標(biāo)(xi，yj)，依據(jù)公式xi＝h.tanβ.cosα；yj＝h.tanβ.sinα確定攝像機(jī)的俯視角和取樣方向角，其中h為監(jiān)控該采樣點(diǎn)的攝像機(jī)的安裝高度，β為所述攝像機(jī)相對所述采樣點(diǎn)的俯視角，α為取樣點(diǎn)方向角；長短半軸確定步驟，利用所計(jì)算出的取樣點(diǎn)方向角和所述輻射角確定所述采樣橢圓的長半軸的長度a和所述采樣橢圓的短半軸的長度b：a＝h.[tanβ-tan(β-σ/2)]；b＝h*tan(σ/2)/cosβ，其中σ為預(yù)先確定的采樣角；采樣橢圓面積確定步驟，依據(jù)以下公式確定所述采樣橢圓的面積s(i,j)＝πab＝πh2*tan(σ/2)*[tanβ-tan(β-σ/2)]/cosβ。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述采樣人口確定步驟包括：背景圖像獲得步驟，利用針對所述監(jiān)控區(qū)域獲得的多幀圖像，對所述視頻圖像中與所述采樣橢圓相對應(yīng)的部分進(jìn)行處理，得到與所述采樣橢圓相對應(yīng)的部分的當(dāng)前的背景圖像；視頻幀圖像獲得步驟，獲得與所述采樣橢圓相對應(yīng)的當(dāng)前的視頻幀圖像；目標(biāo)圖像獲得步驟，根據(jù)背景圖像和當(dāng)前視頻幀圖像，得到目標(biāo)圖像；候選圓獲得步驟，對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行處理得到候選圓；頭部輪廓獲得步驟，對候選圓進(jìn)行基于置信度的頭部輪廓判決，得到人的頭部輪廓；計(jì)數(shù)步驟，統(tǒng)計(jì)獲得頭部輪廓，獲得所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述候選圓獲得步驟包括：(1)將目標(biāo)圖像中的所有像素點(diǎn)映射到參數(shù)空間(a,b,r)；(2)設(shè)置參數(shù)累加器數(shù)組a，a中的任意一個數(shù)組元素a(a,b,r)表示落在以(a,b)為圓心、以r為半徑的圓上的像素點(diǎn)的個數(shù)；(3)對于目標(biāo)圖像中的每個像素點(diǎn)(x,y)，在r以一定步長連續(xù)取值時，用下式計(jì)算a、b的值：a＝x-rcosθb＝y(tǒng)-rsinθ，其中，θ表示目標(biāo)圖像中每個像素點(diǎn)的梯度方向角，以各(a,b)為候選圓心點(diǎn)，各(a,b,r)的組合作為一個候選圓，從而得到各像素點(diǎn)對應(yīng)的多個候選圓；(4)對于每一個待選圓心點(diǎn)(a,b)，都建立一個半徑直方圖，其橫坐標(biāo)為半徑r，取值為(rmin,rmax)；縱坐標(biāo)為當(dāng)以待選圓心點(diǎn)(a,b)為圓心、以r為半徑畫圓時，落在該圓上的像素點(diǎn)的個數(shù)；(5)對每個半徑直方圖進(jìn)行濾波，得到每個半徑直方圖對應(yīng)的一個或多個峰值，即
根據(jù)一種實(shí)施方式，采樣密度調(diào)整步驟，將擬合出的人口密度ρ(x,y)與實(shí)際的視頻區(qū)域?qū)崪y密度進(jìn)行進(jìn)行比較計(jì)算，給出置信度的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)置信度的要求調(diào)整采樣密度。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述采樣人口確定步驟包括：1)用區(qū)域生長算法對視頻圖像進(jìn)行圖像分割；取閥值a，比較相鄰的單位面積區(qū)域的灰度平均值，若差值小于閥值a，則將區(qū)域合并，若差值不小于閥值，則不合并；2)選擇半徑為b個像素的圓形作為結(jié)構(gòu)元素，若上述步驟1)獲得的區(qū)域內(nèi)沒有半徑為b個像素的圓，則該區(qū)域不存在頭部；3)以圓形作為人體頭部的幾何形狀，并計(jì)算區(qū)域的圓形度k，若k大于預(yù)定閾值，則該區(qū)域?yàn)槿祟^，進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得人數(shù)n。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種熱圖生成裝置，包括：視頻圖像獲得單元，獲得監(jiān)控區(qū)視頻圖像；采樣點(diǎn)確定單元，確定要進(jìn)行采樣的多個采樣點(diǎn)；采樣點(diǎn)人口密度確定單元，確定各采樣點(diǎn)的人口密度；擬合單元，根據(jù)所獲得的各采樣點(diǎn)的人口密度，通過數(shù)據(jù)擬合，得到整個監(jiān)控區(qū)域的人口密度。
根據(jù)本發(fā)明的方法，可以減少數(shù)據(jù)的處理量，快速實(shí)時地獲得人口分布信息。
附圖說明
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的熱圖生成方法的流程圖。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣點(diǎn)人口密度確定步驟。
圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣面積確定方法的示意圖。
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣人數(shù)確定方法的示意性流程圖。
圖5示出了依據(jù)一種實(shí)施方式所呈現(xiàn)的人口密度圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的熱圖生成方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的熱圖生成方法包括：視頻圖像獲得步驟101，獲得監(jiān)控區(qū)視頻圖像；采樣點(diǎn)確定步驟102，確定要進(jìn)行采樣的多個采樣點(diǎn)；采樣點(diǎn)人口密度確定步驟103，確定各采樣點(diǎn)的人口密度；擬合步驟104，根據(jù)所獲得的各采樣點(diǎn)的人口密度，通過數(shù)據(jù)擬合，得到整個監(jiān)控區(qū)域的人口密度ρ(x,y)。優(yōu)選地，還包括補(bǔ)充采樣步驟105和/或采樣密度調(diào)整步驟106，在補(bǔ)充采樣步驟105，根據(jù)各采樣點(diǎn)的人口密度，在人口密度高于預(yù)定閾值的采樣點(diǎn)周圍增加采樣點(diǎn)；在采樣密度調(diào)整步驟106，將擬合出的人口密度ρ(x,y)與實(shí)際的視頻區(qū)域?qū)崪y密度進(jìn)行進(jìn)行比較計(jì)算，給出置信度的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)置信度的要求調(diào)整采樣點(diǎn)的密度。下面更具體地進(jìn)行說明。
首先在圖像獲取步驟101獲取監(jiān)控區(qū)的視頻圖像，監(jiān)控區(qū)視頻圖像可以由多個攝像頭獲得，也可以由一個攝像頭獲得。該視頻圖像可以由時間上具有先后順序的多個幀構(gòu)成。然后在步驟102確定采樣點(diǎn)?？梢跃鶆虻卦诒O(jiān)控區(qū)內(nèi)確定采樣點(diǎn)，例如使這些采樣點(diǎn)形成同心的多個圓，或者形成同心的多個正方形等。根據(jù)另一種實(shí)施方式，可以隨機(jī)地確定采樣點(diǎn)。另外也可以依據(jù)一定的函數(shù)或函數(shù)組確定采樣點(diǎn)。
然后，在步驟103確定采樣點(diǎn)人口密度。圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣點(diǎn)人口密度確定步驟103。如圖2所示，采樣點(diǎn)人口密度確定步驟103包括采樣面積確定步驟201，確定以采樣點(diǎn)為圓心的采樣橢圓的面積；采樣人數(shù)確定步驟202，確定所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)；以及人口密度確定步驟203，根據(jù)所述采樣橢圓的面積和所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)，確定所述采樣點(diǎn)的人口密度ρ(x,y)。
圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的步驟201的采樣面積確定方法的示意圖。如圖3所示，安裝在位置p的攝像機(jī)的安裝高度為h，為已知量。該攝像機(jī)攝取了與采樣橢圓對應(yīng)的圖像。設(shè)其相對于取樣點(diǎn)的俯視角為β。σ為取樣角度(空間圓錐角)為預(yù)定值，α為取樣點(diǎn)方向角。
因而，當(dāng)確定了取樣橢圓的圓心坐標(biāo)(即采樣點(diǎn)的坐標(biāo))xi、yj之后，可以根據(jù)公式xi＝h.tanβ.cosα；yj＝h.tanβ.sinα確定俯視角β；進(jìn)而，可以根據(jù)公式a＝h.[tanβ-tan(β-σ/2)]；b＝h*tan(σ/2)/cosβ，來確定采樣橢圓的長半軸的長度a和短半軸長度b。因而可以根據(jù)以下公式計(jì)算采樣橢圓的面積：
s(i,j)＝πab＝πh2*tan(σ/2)*[tanβ-tan(β-σ/2)]/cosβ
然后在步驟202，確定該攝像機(jī)的采樣區(qū)域內(nèi)的人的數(shù)量。
可以采用各種方法確定攝像機(jī)的采樣區(qū)域內(nèi)的人的數(shù)量，例如進(jìn)行基于置信度的人頭部輪廓判決方法，通過確定該區(qū)域內(nèi)人頭部輪廓的數(shù)量來獲得該區(qū)域內(nèi)人的數(shù)量。
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣人數(shù)確定方法的示意性流程圖。如圖4所示，依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的采樣人數(shù)確定步驟包括：
背景圖像獲得步驟401，利用針對所述監(jiān)控區(qū)域獲得的多幀圖像，對所述視頻圖像中與所述采樣橢圓相對應(yīng)的部分進(jìn)行處理，得到與所述采樣橢圓相對應(yīng)的部分的當(dāng)前的背景圖像；可以采用基于直方圖統(tǒng)計(jì)與多幀平均混合的背景提取算法對視頻進(jìn)行處理來獲得背景圖像。也可以根據(jù)預(yù)先輸入的場景確定背景圖像，或者預(yù)先輸入制作好的背景圖像，再根據(jù)采樣點(diǎn)坐標(biāo)，確定與采樣橢圓對應(yīng)的背景圖像。
視頻幀圖像獲得步驟402，獲得與所述采樣橢圓相對應(yīng)的當(dāng)前的視頻幀圖像。
目標(biāo)圖像獲得步驟403，根據(jù)背景圖像和當(dāng)前視頻幀圖像，得到目標(biāo)圖像。在具體的實(shí)施方式中，可以通過進(jìn)行邊緣背景去除來獲得目標(biāo)圖像?？梢圆捎酶鞣N方法從當(dāng)前視頻幀中去除背景，從而獲得目標(biāo)圖像。
候選圓獲得步驟404，對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行處理得到候選圓。
頭部輪廓獲得步驟405，對候選圓進(jìn)行基于置信度的頭部輪廓判決，得到人的頭部輪廓。
計(jì)數(shù)步驟406，統(tǒng)計(jì)獲得頭部輪廓，獲得所述采樣橢圓內(nèi)的人數(shù)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，得到候選圓的步驟如下：(1)將目標(biāo)圖像中的所有像素點(diǎn)映射到參數(shù)空間(a,b,r)；(2)設(shè)置參數(shù)累加器數(shù)組a，a中的任意一個數(shù)組元素a(a,b,r)表示落在以(a,b)為圓心、以r為半徑的圓上的像素點(diǎn)的個數(shù)；a(a,b,r)的初始值為0；a(a,b,r)值越大，表示以(a,b)為圓心、以r為半徑的圓存在的可能性越大，所以需要尋找最大的a(a,b,r)；(3)對于目標(biāo)圖像中的每個像素點(diǎn)(x,y)，在r以一定步長連續(xù)取值時，用下式計(jì)算a、b的值：a＝x-rcosθb＝y(tǒng)-rsinθ其中，θ表示目標(biāo)圖像中每個像素點(diǎn)的梯度方向角，由于視頻幀邊緣圖像中每個像素點(diǎn)的梯度方向角已知，因此θ已知；r∈(rmin,rmax)，r以一定步長連續(xù)取值；每個(a,b)作為候選圓心點(diǎn)，每個(a,b,r)的組合作為一個候選圓；從而得到每個像素點(diǎn)對應(yīng)的多個候選圓；(4)對于每一個待選圓心點(diǎn)(a,b)，都建立一個半徑直方圖，其橫坐標(biāo)為半徑r，取值為(rmin,rmax)；縱坐標(biāo)為當(dāng)以待選圓心點(diǎn)(a,b)為圓心、以r為半徑畫圓時，落在該圓上的像素點(diǎn)的個數(shù)；(5)對每個半徑直方圖采用laplacian形式的一維濾波器進(jìn)行濾波，得到每個半徑直方圖對應(yīng)的一個或多個峰值，即
根據(jù)另一種實(shí)施方式，如下地確定圖像的采樣橢圓中人的數(shù)量：1)用區(qū)域生長算法對與采樣橢圓對應(yīng)的視頻圖像進(jìn)行圖像分割；取閥值a，比較相鄰的單位面積區(qū)域的灰度平均值，若差值小于閥值a，則將區(qū)域合并，若差值不小于閥值，則不合并；2)選擇半徑為b個像素的圓形作為結(jié)構(gòu)元素，若上述步驟1)獲得的區(qū)域內(nèi)沒有半徑為b個像素的圓，則該區(qū)域不存在頭部；3)以圓形作為人體頭部的幾何形狀，并計(jì)算區(qū)域的圓形度。根據(jù)一種實(shí)施方式，圓形度k＝s/(r2*π)，其中s為區(qū)域面積，r為重心到邊緣的最大距離，若k大于預(yù)定閾值，則該區(qū)域?yàn)槿祟^，進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得人數(shù)n?？梢圆捎闷渌霓k法計(jì)算圓形度，例如機(jī)械工業(yè)出版社2013-01-01出版的馮偉興、賀波等著的《visualc++數(shù)字圖像模式識別技術(shù)詳解(第2版)》中介紹的方法。
回到圖,2，接著在步驟203計(jì)算監(jiān)控區(qū)域的人口平均密度ρ，ρ(x,y)＝n/s，即采樣點(diǎn)(x,y)處的平均人口密度。
回到圖1，在步驟104，通過數(shù)據(jù)擬合，得到整個監(jiān)控區(qū)視場的人口分布密度函數(shù)ρ(x,y,t)，t表示時間，從而可以獲得隨時間變化的熱圖。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，參見步驟105，可以根據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行補(bǔ)充采樣。采樣原則，密度高的點(diǎn)周圍增加采樣點(diǎn)密度；這樣可以降低類似道路，池塘，草地，建筑等障礙物等對人口分布的影響。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，參見步驟106，可以采用事后分析法，將擬合的密度曲面ρ(x,y)與實(shí)際的視頻區(qū)域?qū)崪y密度進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算，給出置信度的計(jì)算結(jié)果。并根據(jù)置信度的要求，調(diào)整采樣點(diǎn)的密度，提高信息處理實(shí)時性。
依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，還包括呈現(xiàn)步驟。圖5示出了依據(jù)一種實(shí)施方式所呈現(xiàn)的人口密度圖。通過擬合，將監(jiān)控區(qū)域的人口密度以連續(xù)曲面的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，其中，不同的人口密度區(qū)域用不同的顏色呈現(xiàn)。
該人口密度圖可以直觀地顯示人口密度的變化和各地區(qū)的對比。依據(jù)ρ的大小與顏色對應(yīng)起來進(jìn)行呈現(xiàn)，可以更直觀地體現(xiàn)各地區(qū)的人口密度的對比。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，不必逐一地對人頭進(jìn)行計(jì)數(shù)，減少了計(jì)算量，提高了處理速度。本發(fā)明采用采樣點(diǎn)橢圓的方式計(jì)算人口密度，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度。