吳麗1 崔鉑晗2 王克儉3 趙洪濤4 顧愛華5 1,4,5保定職業(yè)技術(shù)學院 2保定市電化教育館 3河北農(nóng)業(yè)大學

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 功能需求分析設(shè)計

1.1.1 環(huán)境需求

本系統(tǒng)對軟硬件的環(huán)境要求主要是考慮人員識別的準確度和高效性，本系統(tǒng)采用?？低晹z像頭實現(xiàn)目標識別，被動式紅外感應(yīng)器和單片機 STC89C51實現(xiàn)目標方向判定，服務(wù)器建議采用酷睿i5系列處理器、8G內(nèi)存條，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft Sql Server 2012，客戶端操作系統(tǒng)要求支持多種I E瀏覽器的操作系統(tǒng)，服務(wù)器操作系統(tǒng)要求采Linux操作系統(tǒng)等。

1.1.2 功能要求

本系統(tǒng)將以人體雙向感應(yīng)器和攝像頭相結(jié)合的方式，來實現(xiàn)封閉區(qū)域范圍內(nèi)人數(shù)的精準統(tǒng)計，最后通過設(shè)計的人數(shù)統(tǒng)計的綜合管理平臺實現(xiàn)人數(shù)各種數(shù)據(jù)分析及用戶登錄訪問、查詢。該系統(tǒng)采用了劃分模塊，逐個模塊解決的方法，本系統(tǒng)根據(jù)功能需求劃分了三個主模塊：研究目標方向定位、目標檢測、系統(tǒng)平臺構(gòu)建，然后在根據(jù)每個主模塊的功能需求劃分子模塊。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

將一個系統(tǒng)劃分成為若干個模塊有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時也可以使得模塊間的通信和相互依賴關(guān)系達到最小。根據(jù)本系統(tǒng)的功能要求，按照模塊設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

2.1 目標方向定位

本系統(tǒng)采用被動式紅外線傳感器作為接收人體紅外輻射。它具有方向識別的功能，能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，通過單片機STC89C51進行處理，從而準確它們反映人體的進、出行走方向。

2.2 目標檢測

監(jiān)控的場景主要是人流量大的出入口，采用單攝像頭垂直拍攝的方法，這種方法獲取的圖像特征比較明顯，能夠辨識頭部輪廓及軀干部分，并能有效的避免相互遮擋問題。

2.2.1 目標檢測子模塊的各功能實現(xiàn)

按照功能模塊來分，目標識別基本是由下面幾個子模塊組成的：采集圖像幀模塊、前景檢測模塊、新目標檢測模塊、機器學習模塊、同一目標檢測模塊和計數(shù)模塊。各模塊功能實現(xiàn)如下：

①采集圖像幀模塊：采集圖像幀時，如果單片機傳出加1時，采集控制進的紅外線上那一切面的圖像作為圖像幀進行分析；同理，如果單片機傳出減1，采集控制出的紅外線上的那個切面的圖像作為另一個圖像幀進行分析。

把這個切面作為感興趣區(qū)域，由于攝像頭所拍攝的肯定和實際需求區(qū)域不相符，如何正好把感興趣的區(qū)域檢測出，本論文利用了opencv 里面ROI的設(shè)置來實現(xiàn)感興趣區(qū)域，ROI（Region of Interest）是指圖像中的一個矩形區(qū)域，在實際工作中有著很重要的作用，在很多情況下，使用它們會提高計算機視覺代碼的執(zhí)行速度。

②前景檢測模塊：判斷每一個像素是前景還是背景，將運動目標從背景圖像中分離出來，輸出前景掩碼。

③新目標檢測模塊：根據(jù)前景檢測模塊輸出的前景掩碼和已跟蹤目標鏈表，利用連通區(qū)域的整體移動，過濾掉不合規(guī)則的團塊，來將新的運動目標檢測出來。

④機器學習模塊：該模塊針對需要識別的目標特征訓練分類器，使它能對輸入的目標進行分類，以提高人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的準確度和精確性，分類器能排除干擾目標以及能對多人并行的情況進行同時計數(shù)，具體實現(xiàn)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器。新目標檢測模塊輸出的新目標鏈表通過該識別模塊的檢測后，會去掉非人體的人體的干擾目標，并且能判斷出每一個目標團塊中包含的人數(shù)。

⑤同一目標檢測模塊：在對比兩幀是否為同一目標時，對比前0.1秒視頻幀，由于兩對紅外對管存在水平間距大約為50cm，從理論上說人走過大概用0.1秒，這一幀大概在另一個紅外線的切面上。

通過對人員根據(jù)頭部位置進行聚類，可以判斷“進”區(qū)域，假設(shè)“進”區(qū)域是當前幀，對比幀為前0.1秒的“出”區(qū)域幀，同一個人員在相鄰兩幀中的位移就在2-4個像素之間（大概0.1秒），當在這之間距離則兩邊的人員是同一個人，否則人員剔除。同理，“出”區(qū)域判斷方法同上。

⑥計數(shù)模塊：封閉區(qū)域人數(shù)智能統(tǒng)計系統(tǒng)在進出切面線上分割出運動目標的頭部區(qū)域個數(shù)，結(jié)合單片機傳來的進出信號，對進去人數(shù)進行統(tǒng)計。

2.2.2 目標識別運行流程

目標識別運行過程為，首先通過單片機傳出的加1或減1信號采集視頻幀，將視頻幀送入前景檢測模塊提取運動目標，然后通過新目標檢測子模塊檢驗出新進入的運動目標，接著提取目標區(qū)域的特征向量，并送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器判定是否為人頭，比對兩幀是否同一目標，從而確定進出人數(shù)。

3 系統(tǒng)平臺構(gòu)建

本模塊劃分為三個子模塊來實現(xiàn)，具體的子模塊實現(xiàn)功能如下：

3.1 “局域服務(wù)器”子模塊：該服務(wù)器用于控制一組人數(shù)統(tǒng)計處理單元。局域服務(wù)器的主要功能包括對每個攝像頭里人數(shù)區(qū)域與方向進行設(shè)置、產(chǎn)生本地人數(shù)統(tǒng)計結(jié)果，本地數(shù)據(jù)庫管理、本地查詢報表和用戶權(quán)限管理等功能。

3.2 “綜合管理平臺”子模塊：該平臺可以連接所有下屬局域服務(wù)器，其主要功能包括搜集局域服務(wù)器數(shù)據(jù)和視頻圖像、對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析、支持遠程終端報表查詢；實時查看區(qū)域內(nèi)人數(shù)；在區(qū)域內(nèi)人數(shù)達到一定限度（有用戶設(shè)置）時，系統(tǒng)報警；分時段查詢區(qū)域出、入和區(qū)域內(nèi)人數(shù)。

3.3 “遠程監(jiān)控客戶端”子模塊：遠程監(jiān)控客戶端基于手機APP?？蛻艨赏ㄟ^下載手機APP，隨時登陸進入系統(tǒng)，使用綜合管理平臺提供的各種情況查詢、各種情況的統(tǒng)計，現(xiàn)場情況預(yù)警等各種服務(wù)，方便快捷。

智能區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)，是基于圖像識別和紅外傳感器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用擴展和升級，該系統(tǒng)能夠根據(jù)高清攝像頭的影像檢測信息，通過感應(yīng)器檢測運動方向，經(jīng)過軟件準確分析區(qū)域范圍的人數(shù)信息，并能結(jié)合影像數(shù)據(jù)，給用戶提供即時的定點視頻信息。該系統(tǒng)統(tǒng)計信息還可以通過網(wǎng)絡(luò)，借助云計算，形成大數(shù)據(jù)報表，為其他商業(yè)管理軟件使用，提供科學管理有力依據(jù)。該系統(tǒng)可以在不同封閉場合可以發(fā)揮不同的作用，應(yīng)用非常廣泛。

[1]賈強.基于熱釋電紅外線傳感器的電路設(shè)計[D],電子技術(shù)與軟件工程，2015（3）:126-126.

[2]劉子源,蔣承志.基于Opencv和Haar特征分類器的圖像人數(shù)檢測[J].遼寧科技大學學報,2011,34（4）:30-32.

[3]徐培智,徐貴力,黃鑫.基于隨機Hough變換的人頭檢測[J].計算機工程,2012（1）:48-50.