專(zhuān)利名稱(chēng)：采用可變形二維曲線的人流量檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用可變形二維曲線的人流量檢測(cè)方法及系統(tǒng)，用于商場(chǎng)、道路、 車(chē)站等公共場(chǎng)所管理、非剛體目標(biāo)識(shí)別和跟蹤、視頻運(yùn)動(dòng)分析等應(yīng)用領(lǐng)域，在視頻圖像處 理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別以及人工智能等方面都有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和視頻 圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外采用人頭模型進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)已開(kāi)展了一系列研究工作。這些技術(shù)可 以分為兩類(lèi)基于二維模型的技術(shù)和基于三維模型的技術(shù)。二維的方法包括基于邊緣、基 于面貌特征、基于臉部特征、基于相似性的技術(shù)。三維模型包括圓柱體、橢圓體、多邊形網(wǎng) 格。Kiyotake Yachi等采用橢圓代表人頭輪廓，在圖像中的一個(gè)橢圓有五個(gè)參數(shù)。 John MacCormick等采用B樣條曲線當(dāng)作觀察模型進(jìn)行多人頭的跟蹤。Wooju Ryu等采用 三維圓柱體頭模型(CHM)和動(dòng)態(tài)模板進(jìn)行快速地三維人頭跟蹤。Marius Malciu等采用了 一種橢球體曲面或者特別的合成傅立葉曲面進(jìn)行三維人頭建模。Kazimori Terada等采用 多邊形網(wǎng)格進(jìn)行人頭建模，它包含皮膚或者頭發(fā)顏色等統(tǒng)計(jì)學(xué)的顏色信息。仇Zhong等提 出了基于原型的可變形模板進(jìn)行臉的跟蹤?？勺冃文０迨褂脧南惹皫崛〉南闰?yàn)形狀信息 來(lái)在新的幀中給物體建模。尹寶才、高文等提出了一種基于模型的頭部運(yùn)動(dòng)估計(jì)和面部圖像合成方法。采用 的模型由三角形、空間頂點(diǎn)、長(zhǎng)方體柱面、B樣條曲面構(gòu)成。李夢(mèng)東和阮秋琦提出了一種借助 合成模型估計(jì)頭部三維運(yùn)動(dòng)的算法，通過(guò)三維網(wǎng)格模型或合成圖像與輸入圖像的比較，確 定模型的運(yùn)動(dòng)。劉云海等提出了提取頭部剛體運(yùn)動(dòng)參數(shù)利用基于特征點(diǎn)對(duì)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì) 算法，還指出提高運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的精度在于選擇合適的特征點(diǎn)和建立一個(gè)和特定人臉相 一致的三維線框模型。賈云得等采用圓柱模型來(lái)擬合人頭部，并在展開(kāi)后的圓柱表面內(nèi) 進(jìn)行特征選取和跟蹤。馬頌德等提出了一種結(jié)合直方圖匹配和橢圓形狀約束的魯棒跟蹤方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)人流量檢測(cè)中剛體模型不能準(zhǔn)確表示人頭形狀的不足，提 出一種采用可變形二維曲線在圖像中檢測(cè)人頭的人流量檢測(cè)方法，該方法只需要一個(gè)攝像 頭就可以進(jìn)行人流量檢測(cè)，降低人流量檢測(cè)成本，適用于各種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)，采用一個(gè)攝像頭放 置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝，采集每幀彩色圖像，采用可變 形二維曲線擬合圖像上各個(gè)人頭的輪廓，根據(jù)二維曲線的參數(shù)和中心之間距離進(jìn)行運(yùn)動(dòng)跟 蹤和計(jì)數(shù)。首先采用攝像頭、視頻線、視頻采集卡、計(jì)算機(jī)(或DSP視頻開(kāi)發(fā)板)搭建系統(tǒng)硬 件平臺(tái)，采用一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝，采集每幀彩色圖像，根據(jù)采集當(dāng)前幀圖像的R，G，B分量值提取人頭，采用圖像分割技術(shù)檢測(cè) 當(dāng)前幀圖像上的各個(gè)人頭邊緣輪廓。然后采用曲線擬合技術(shù)使用可變形二維曲線擬合當(dāng)前 幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，求出各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中心坐標(biāo)，將前一幀和當(dāng)前幀 圖像上各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中心之間距離進(jìn)行比較找出對(duì)應(yīng)關(guān)系。最后在各幀圖像上設(shè) 定的位置畫(huà)出計(jì)數(shù)線，根據(jù)前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)對(duì)應(yīng)的二維曲線與計(jì)數(shù)線的位置關(guān) 系進(jìn)行進(jìn)、出人數(shù)計(jì)數(shù)。本發(fā)明的人流量檢測(cè)方法具體包括以下幾個(gè)步驟 1.人流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)采用攝像頭、視頻線、視頻采集卡、計(jì)算機(jī)搭建人流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，制作軟件 界面，該界面能同時(shí)顯示四個(gè)門(mén)(通道)的進(jìn)、出人數(shù)和視頻。也可采用攝像頭、視頻線、DSP 視頻開(kāi)發(fā)板搭建人流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。按人流量檢測(cè)系統(tǒng)流程圖采用步驟2-5的方 法進(jìn)行軟件編程。2.采用圖像分割技術(shù)檢測(cè)當(dāng)前幀圖像上的各個(gè)人頭邊緣輪廓采用一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝，采集 每幀彩色圖像，采集的當(dāng)前幀圖像I(x，y，i)的R，G，B分量分別為IK(x，y，i)，Ig(χ, y, i), Ib (χ, y, i)，將R，G, B三分量值都小于60并且三分量相互相減的絕對(duì)值都小于25的像素提 取得到人頭圖像TIy采用形態(tài)學(xué)運(yùn)算(如腐蝕與膨脹)消除人頭圖像TL中的孤立點(diǎn)和部分 小目標(biāo)區(qū)域。3.采用可變形二維曲線擬合當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的輪廓采用圖像分割技術(shù)(如Carmy邊緣算子)檢測(cè)當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，采用 曲線擬合技術(shù)使用可變形二維曲線擬合當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，求出各個(gè)二維 曲線的參數(shù)k、a、b，將不符合人頭參數(shù)尺寸的曲線及其所在的目標(biāo)區(qū)域消除。求出各個(gè)二 維曲線中心坐標(biāo)( ，％)，將各個(gè)二維曲線標(biāo)記成不同的編號(hào)。4.根據(jù)各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中心之間距離進(jìn)行人頭運(yùn)動(dòng)跟蹤將前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)二維曲線的中心距離、k、a、b等參數(shù)進(jìn)行比較找出對(duì)應(yīng) 關(guān)系，若前一幀圖像上某一個(gè)二維曲線L1與當(dāng)前幀圖像上某一個(gè)二維曲線L2的中心距離、 k、a、b等參數(shù)的差異均小于給定的閾值，則這兩個(gè)二維曲線所代表的為同一個(gè)人的人頭，將 二維曲線L2標(biāo)記成二維曲線L1的編號(hào)。5.進(jìn)、出人數(shù)計(jì)數(shù)在前一幀和當(dāng)前幀圖像上設(shè)定的位置畫(huà)出計(jì)數(shù)線，若前一幀圖像上二維曲線L1的中心 在計(jì)數(shù)線的門(mén)內(nèi)側(cè)，當(dāng)前幀圖像上二維曲線L2的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)外側(cè)，則出門(mén)人數(shù)加1 ； 若！^的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)外側(cè)，L2的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)內(nèi)側(cè)，則進(jìn)門(mén)人數(shù)加1。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。建立的可變形二維曲線能準(zhǔn)確地反映人頭的形狀。本 發(fā)明方法適合于各種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、計(jì)數(shù)。實(shí)驗(yàn)采用便宜、容易安裝的視頻攝像頭采集數(shù) 據(jù)，不需要附加設(shè)備，提取、計(jì)算人頭運(yùn)動(dòng)特征的方法簡(jiǎn)單，具有實(shí)時(shí)性、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為攝像頭拍攝人流的場(chǎng)景示意圖。圖1中，一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方，攝像頭下方為計(jì)數(shù)線。
圖2為本發(fā)明人流量檢測(cè)系統(tǒng)的軟件界面。圖2中，軟件界面左邊為四個(gè)門(mén)(通道)的進(jìn)、出人數(shù)顯示，右邊為四個(gè)門(mén)(通道) 正上方攝像頭采集的視頻顯示。軟件界面上方的“用戶(hù)設(shè)置”按鈕用于設(shè)置進(jìn)入該軟件界 面的用戶(hù)名和密碼，“通道設(shè)置”按鈕用于選擇顯示的通道，“歷史數(shù)據(jù)”按鈕用于查詢(xún)數(shù)據(jù) 庫(kù)中的歷史人流量數(shù)據(jù)。圖3為本發(fā)明人流量檢測(cè)系統(tǒng)的流程圖。圖3中，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)過(guò)視頻采集、人頭檢測(cè)、邊緣檢測(cè)、可變形曲線擬合、運(yùn)動(dòng)跟 蹤、人數(shù)計(jì)數(shù)6個(gè)步驟。圖4為圖像中人頭檢測(cè)、人頭輪廓提取、曲線擬合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖4中，(a)是門(mén)(通道)正上方攝像頭拍攝的圖像，(b)是與(a)圖像對(duì)應(yīng)的人 頭檢測(cè)結(jié)果，(c)是與(b)圖像對(duì)應(yīng)的人頭邊緣輪廓檢測(cè)結(jié)果，(d)是對(duì)應(yīng)于(C)的可變形 二維曲線擬合結(jié)果。圖5為可變形二維曲線。圖5中，該曲線由五個(gè)參數(shù)確定中心位置坐標(biāo)(χ。，yQ)、k、a、b。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描 述。實(shí)施例具體針對(duì)附圖3、4、5進(jìn)行人流量檢測(cè)過(guò)程的描述。1.采用攝像頭、視頻線、視頻采集卡、計(jì)算機(jī)搭建人流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，拍 攝場(chǎng)景如圖1所示。制作人流量檢測(cè)系統(tǒng)軟件界面，如圖2所示，軟件界面左邊為四個(gè)門(mén)(通 道)的進(jìn)、出人數(shù)顯示，右邊為四個(gè)門(mén)(通道)正上方攝像頭采集的視頻顯示。軟件界面上方 的“用戶(hù)設(shè)置”按鈕用于設(shè)置進(jìn)入該軟件界面的用戶(hù)名和密碼，“通道設(shè)置”按鈕用于選擇顯 示的通道，“歷史數(shù)據(jù)”按鈕用于查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史人流量數(shù)據(jù)。也可采用攝像頭、視頻 線、DSP視頻開(kāi)發(fā)板(如DM6446 CPU板)搭建人流量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。按圖3中人流量 檢測(cè)系統(tǒng)流程采用步驟2-5的方法進(jìn)行軟件編程。2.采用一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 拍攝，采集每幀彩色圖像，采集當(dāng)前幀圖像I (x，y，i)的R，G，B分量分別為IK(x，y，i)， Ig(χ, y, i)，Ib (χ, y, i)，將R，G, B三分量值都小于60并且三分量相互相減的絕對(duì)值都小于 25的像素提取得到人頭圖像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人頭圖像TL檢測(cè)結(jié)果如圖4(b)所示。采用形態(tài)學(xué)運(yùn)算(如腐蝕與膨脹)消除人頭圖 像TL中的孤立點(diǎn)和部分小目標(biāo)區(qū)域。3.采用圖像分割技術(shù)(如Carmy邊緣算子)提取當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊 緣輪廓，得到與圖4(b)對(duì)應(yīng)的邊緣檢測(cè)結(jié)果，如圖4(c)所示?？勺冃味S曲線方程為,2~- +h^-TJ + ^ = ι ,其中M <〗，如圖5所示。采用曲線擬合技術(shù)使用滿(mǎn)足上述方程的可變形二維曲線擬合當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，如圖4(d)所示。求出各個(gè)二維曲線的 參數(shù)k、a、b，將不符合人頭參數(shù)尺寸的二維曲線及其所在的目標(biāo)區(qū)域消除。二維曲線中心坐標(biāo)表達(dá)式為 = ~^7 ，>'o = 0 ，通過(guò)上述表達(dá)式求出各個(gè)二維曲線中心坐標(biāo)l — k(Xo，y。)。將各個(gè)二維曲線標(biāo)記成不同的編號(hào)。4.將前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)可變形二維曲線的中心之間距離、k、a、b等參數(shù) 進(jìn)行比較找出對(duì)應(yīng)關(guān)系，若前一幀圖像上某一個(gè)二維曲線L1和當(dāng)前幀圖像上某一個(gè)二維曲 線L2的中心之間距離、k、a、b等參數(shù)的差異均小于給定的閾值，則這兩個(gè)二維曲線所代表 的為同一個(gè)人的人頭。將二維曲線L2標(biāo)記成二維曲線L1的編號(hào)。5.在各幀圖像上設(shè)定的位置畫(huà)出計(jì)數(shù)線，若前一幀圖像上二維曲線L1的中心在 計(jì)數(shù)線的門(mén)內(nèi)側(cè)，當(dāng)前幀圖像上二維曲線L2的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)外側(cè)，則出門(mén)人數(shù)加1 ；若 L1的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)外側(cè)，L2的中心在計(jì)數(shù)線的門(mén)內(nèi)側(cè)，則進(jìn)門(mén)人數(shù)加1。
權(quán)利要求
1. 一種采用可變形二維曲線的人流量檢測(cè)方法及系統(tǒng)，其特征在于包括如下具體步驟1)采用攝像頭、視頻線、視頻采集卡、計(jì)算機(jī)(或DSP視頻開(kāi)發(fā)板)搭建人流量檢測(cè)系統(tǒng) 的硬件平臺(tái)，制作軟件界面，該界面能同時(shí)顯示四個(gè)門(mén)(通道)的進(jìn)、出人數(shù)和視頻。按人流 量檢測(cè)系統(tǒng)流程圖的步驟進(jìn)行軟件編程；2)采用一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝，采 集每幀彩色圖像，根據(jù)采集當(dāng)前幀圖像的R，G, B分量值提取人頭區(qū)域。采用形態(tài)學(xué)運(yùn)算消 除人頭圖像中的孤立點(diǎn)和部分小目標(biāo)區(qū)域；3)采用圖像分割技術(shù)檢測(cè)各個(gè)人頭在當(dāng)前幀圖像上的邊緣輪廓，采用曲線擬合技術(shù)使 用可變形二維曲線擬合當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，求出各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中 心坐標(biāo)，將不符合人頭參數(shù)尺寸的曲線及其所在的目標(biāo)區(qū)域消除。將各個(gè)二維曲線標(biāo)記成 不同的編號(hào)；4)將前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)可變形二維曲線的參數(shù)、中心之間距離進(jìn)行比較找出 對(duì)應(yīng)關(guān)系，若前一幀和當(dāng)前幀圖像上兩個(gè)二維曲線的參數(shù)、中心之間距離的差異均小于給 定的閾值，則這兩個(gè)二維曲線所代表的為同一個(gè)人的人頭。將兩個(gè)二維曲線標(biāo)記成同樣的編號(hào)；5)在各幀圖像上設(shè)定的位置畫(huà)出計(jì)數(shù)線，根據(jù)前一幀和當(dāng)前幀圖像上對(duì)應(yīng)的可變形二 維曲線的參數(shù)、中心位置與計(jì)數(shù)線的位置關(guān)系進(jìn)行進(jìn)、出人數(shù)計(jì)數(shù)。
全文摘要
一種采用可變形二維曲線的人流量檢測(cè)方法及系統(tǒng)，采用攝像頭、視頻線、視頻采集卡、計(jì)算機(jī)(或DSP視頻開(kāi)發(fā)板)搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)，制作軟件界面，首先采用一個(gè)攝像頭放置在門(mén)(通道)的正上方垂直向下對(duì)人進(jìn)、出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝，采集每幀彩色圖像，根據(jù)采集當(dāng)前幀圖像的R,G,B分量值提取人頭，采用圖像分割技術(shù)檢測(cè)當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓。然后采用曲線擬合技術(shù)使用可變形二維曲線擬合當(dāng)前幀圖像上各個(gè)人頭的邊緣輪廓，求出各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中心坐標(biāo)，將前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)二維曲線的參數(shù)和中心之間距離進(jìn)行比較找出對(duì)應(yīng)關(guān)系。最后根據(jù)前一幀和當(dāng)前幀圖像上各個(gè)對(duì)應(yīng)的二維曲線與計(jì)數(shù)線的位置關(guān)系進(jìn)行進(jìn)、出人數(shù)計(jì)數(shù)。
文檔編號(hào)G07C9/00GK102054306SQ20111003370
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者潘海朗 申請(qǐng)人:潘海朗