基于社会应用的封闭区域人数智能统计系统研究

吴丽1 崔铂晗2 王克俭3 赵洪涛4 顾爱华5 1,4,5保定职业技术学院 2保定市电化教育馆 3河北农业大学

1 系统设计

1.1 功能需求分析设计

1.1.1 环境需求

本系统对软硬件的环境要求主要是考虑人员识别的准确度和高效性，本系统采用海康威视摄像头实现目标识别，被动式红外感应器和单片机 STC89C51实现目标方向判定，服务器建议采用酷睿i5系列处理器、8G内存条，数据库服务器采用Microsoft Sql Server 2012，客户端操作系统要求支持多种I E浏览器的操作系统，服务器操作系统要求采Linux操作系统等。

1.1.2 功能要求

本系统将以人体双向感应器和摄像头相结合的方式，来实现封闭区域范围内人数的精准统计，最后通过设计的人数统计的综合管理平台实现人数各种数据分析及用户登录访问、查询。该系统采用了划分模块，逐个模块解决的方法，本系统根据功能需求划分了三个主模块：研究目标方向定位、目标检测、系统平台构建，然后在根据每个主模块的功能需求划分子模块。

1.2 系统结构设计

将一个系统划分成为若干个模块有利于降低系统的复杂性，同时也可以使得模块间的通信和相互依赖关系达到最小。根据本系统的功能要求，按照模块设计了系统结构，其系统结构设计如图1所示。

图1 系统结构设计图

2 系统结构分析

2.1 目标方向定位

本系统采用被动式红外线传感器作为接收人体红外辐射。它具有方向识别的功能，能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出，通过单片机STC89C51进行处理，从而准确它们反映人体的进、出行走方向。

2.2 目标检测

监控的场景主要是人流量大的出入口，采用单摄像头垂直拍摄的方法，这种方法获取的图像特征比较明显，能够辨识头部轮廓及躯干部分，并能有效的避免相互遮挡问题。

2.2.1 目标检测子模块的各功能实现

按照功能模块来分，目标识别基本是由下面几个子模块组成的：采集图像帧模块、前景检测模块、新目标检测模块、机器学习模块、同一目标检测模块和计数模块。各模块功能实现如下：

①采集图像帧模块：采集图像帧时，如果单片机传出加1时，采集控制进的红外线上那一切面的图像作为图像帧进行分析；同理，如果单片机传出减1，采集控制出的红外线上的那个切面的图像作为另一个图像帧进行分析。

把这个切面作为感兴趣区域，由于摄像头所拍摄的肯定和实际需求区域不相符，如何正好把感兴趣的区域检测出，本论文利用了opencv 里面ROI的设置来实现感兴趣区域，ROI（Region of Interest）是指图像中的一个矩形区域，在实际工作中有着很重要的作用，在很多情况下，使用它们会提高计算机视觉代码的执行速度。

②前景检测模块：判断每一个像素是前景还是背景，将运动目标从背景图像中分离出来，输出前景掩码。

③新目标检测模块：根据前景检测模块输出的前景掩码和已跟踪目标链表，利用连通区域的整体移动，过滤掉不合规则的团块，来将新的运动目标检测出来。

④机器学习模块：该模块针对需要识别的目标特征训练分类器，使它能对输入的目标进行分类，以提高人数统计系统的准确度和精确性，分类器能排除干扰目标以及能对多人并行的情况进行同时计数，具体实现中采用神经网络分类器。新目标检测模块输出的新目标链表通过该识别模块的检测后，会去掉非人体的人体的干扰目标，并且能判断出每一个目标团块中包含的人数。

⑤同一目标检测模块：在对比两帧是否为同一目标时，对比前0.1秒视频帧，由于两对红外对管存在水平间距大约为50cm，从理论上说人走过大概用0.1秒，这一帧大概在另一个红外线的切面上。

通过对人员根据头部位置进行聚类，可以判断“进”区域，假设“进”区域是当前帧，对比帧为前0.1秒的“出”区域帧，同一个人员在相邻两帧中的位移就在2-4个像素之间（大概0.1秒），当在这之间距离则两边的人员是同一个人，否则人员剔除。同理，“出”区域判断方法同上。

⑥计数模块：封闭区域人数智能统计系统在进出切面线上分割出运动目标的头部区域个数，结合单片机传来的进出信号，对进去人数进行统计。

2.2.2 目标识别运行流程

目标识别运行过程为，首先通过单片机传出的加1或减1信号采集视频帧，将视频帧送入前景检测模块提取运动目标，然后通过新目标检测子模块检验出新进入的运动目标，接着提取目标区域的特征向量，并送入神经网络分类器判定是否为人头，比对两帧是否同一目标，从而确定进出人数。

3 系统平台构建

本模块划分为三个子模块来实现，具体的子模块实现功能如下：

3.1 “局域服务器”子模块：该服务器用于控制一组人数统计处理单元。局域服务器的主要功能包括对每个摄像头里人数区域与方向进行设置、产生本地人数统计结果，本地数据库管理、本地查询报表和用户权限管理等功能。

3.2 “综合管理平台”子模块：该平台可以连接所有下属局域服务器，其主要功能包括搜集局域服务器数据和视频图像、对数据进行统计与分析、支持远程终端报表查询；实时查看区域内人数；在区域内人数达到一定限度（有用户设置）时，系统报警；分时段查询区域出、入和区域内人数。

3.3 “远程监控客户端”子模块：远程监控客户端基于手机APP。客户可通过下载手机APP，随时登陆进入系统，使用综合管理平台提供的各种情况查询、各种情况的统计，现场情况预警等各种服务，方便快捷。

智能区域人数统计系统，是基于图像识别和红外传感器技术结合应用扩展和升级，该系统能够根据高清摄像头的影像检测信息，通过感应器检测运动方向，经过软件准确分析区域范围的人数信息，并能结合影像数据，给用户提供即时的定点视频信息。该系统统计信息还可以通过网络，借助云计算，形成大数据报表，为其他商业管理软件使用，提供科学管理有力依据。该系统可以在不同封闭场合可以发挥不同的作用，应用非常广泛。

[1]贾强.基于热释电红外线传感器的电路设计[D],电子技术与软件工程，2015（3）:126-126.

[2]刘子源,蒋承志.基于Opencv和Haar特征分类器的图像人数检测[J].辽宁科技大学学报,2011,34（4）:30-32.

[3]徐培智,徐贵力,黄鑫.基于随机Hough变换的人头检测[J].计算机工程,2012（1）:48-50.