CN100442315C - 基于人体模型的红外光电客流统计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动检测技术领域，涉及一种基于人体模型的红外光电客流统计方法，该方法采用的装置为包括红外光电发射器阵列和光电接收器阵列、控制和判断单元，两个阵列的发射器和接收器之间具有一一对应的关系；控制和判断单元由微处理器及其外围电路构成；该统计方法包括下列步骤：控制所述红外光电发射器阵列发射信号，并对通过光电接收器阵列所采集到的信号进行处理，根据人体模型学算法区分人与物体，判决是否有人通过，根据各排光电接收阵列接收红外光的顺序，判断人体通过方向；当多人同时通过时，判决通过人的个数；人体模型算法依次包括头部判决、躯体判决。本发明提供的客流统计方法，具有价格低、精度高、误判率低、实时性好的优点。

Description

基于人体模型的红外光电客流统计方法

技术领域

本发明涉及一种基于微处理器和红外光电模块的客流统计装置，可用于进入营业场所的客流量，属于自动检测技术领域。

背景技术

在客流量不能被其他类似收款机或者计算机系统完整记录的营业场所，很多时候也需要对客流量进行统计。销售额除以客流量就是单个顾客价值，提高单位顾客价值和客流量是营业场所提高销售额的主要途径。客流量本身可以精确衡量店面价值，广告效果。也可以把客流量这个分母的因素滤掉，精确衡量店内营销手段优劣。客流量数据可以纵向比较和横向比较，横向比较指和同一个店不同的周、月进行比较，评价分析不同营销手段的效果；纵向比较是指比较不同的店面，找出店面之间的确切差异。

对于客流量的统计同时也可以应用于公交、地铁这些公用设施。为公交、地铁企业单位提供客流数据，既可以把这些数据用于企业的经营，同时也可以把这些数据提供给政府部门，以应对公共事件。

申请号为200510060288的专利申请，提出一种基于立体视觉的公交客流统计方法，该方法利用处理器对立体视觉装置获取的双目图像进行立体视觉处理，得到场景中的各点到摄像机之间的距离，然后在距离上设置阈值，得到距离摄像机某一距离范围内的场景中的所有点，通过对这些点的去噪、拟和，再结合单目图像的特征识别方法，将那些近似组成圆的场景中点的集合作为人的头部，从而实现了人头部的检测，再将人头部检测的结果的位置、半径、灰度信息交由跟踪算法实施跟踪，便可以判断出客流的运动方向，从而完成客流信息统计。该专利申请，在硬件上，需要采用摄像机等设备，成本较高，在软件上，仅仅对图像提取了人体头部信息，位置、半径、灰度信息交由跟踪算法实施，从而判断客流的运动方向，此种判断方法对摄像机、跟踪算法精确性的依赖程度很高，从技术上难以实施，难以达到较高的分辨率。

申请号为200410155552的专利申请，提供一种公交车客流量实时统计的方法，包括放置于上、下车门上方的人体红外传感器阵列和红外反射式开关阵列，多路选择器，人体红外传感器的调理电路和CPU控制电路，在公交车上下车车门的上方，垂直向下装有人体红外传感器和红外反射式开关阵列，阵列的每个点由一个人体红外传感器和一个红外反射式开关捆绑组成，人体红外传感器和红外反射式开关感应到的人体信号分别经过多路选择器和信号处理电路进行放大、滤波、比较转换成电脉冲信号，再由CPU的I/O口读入，数据存储在数据存储器中，CPU根据读到阵列感应脉冲的个数和图案按照一定的算法判断上、下车的方向和统计上、下车的人数。该专利申请的主要特点是采用阵列感应脉冲计数来判断客流数和上下车方向，并未对如何采集图案以及如何对图案进行处理提出切实可行方案，因此，仍旧存在精确度较低，误判率较高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，为客流统计提供一种价格低、精度高、误判率低、实时性好的红外光电客流统计装置，并提供一种此装置适用的客流统计方法。本发明的基于人体模型的红外光电客流统计装置的技术方案如下：

一种基于人体模型的红外光电客流统计装置，包括红外光电发射器阵列和光电接收器阵列、控制/判断单元，两个阵列的发射器和接收器之间具有一一对应的关系；所述控制/判断单元由微处理器及其外围电路构成，控制所述红外光电发射器阵列发射信号，并对通过光电接收器阵列所采集到的信号进行处理，根据人体模型学算法区分人与物体，判决是否有人通过，根据各排光电接收阵列接收红外光的顺序，判断人体通过方向；当多人同时通过时，判决通过人的个数；所述人体模型算法依次包括头部判决、躯体判决。

在上述的技术方案中，人体模型算法还可以包括下肢判决。装置本身还可以包括由电池及保护电路组成的掉电保护单元。

本发明同时提供一种适用于上述装置的红外光电客流统计方法，每次的统计循环包括下面步骤：

(1)红外光发射器在控制单元的控制下实时发送发射信号；

(2)光电接收器阵列实时接收信号并传送至判断单元；

(3)判断单元根据采集到的信号，从上向下查找相似头部的物体，判决是否存在人体头部，若没有，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，执行下一步骤；

(4)判决紧连头部是否存在物体，若没有，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；

(5)判决是否存在正下躯体，若不存在，则继续判决是否存在弯曲躯体，若不存在弯曲躯体，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；

(6)进行躯体体积判决，若不符合，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则判决有人通过，继续下一步；

(7)根据各排光电接收阵列接收红外光的顺序，判决人体通过方向；

(8)根据判决结果，对客流进行统计计数。

上述的统计循环中的步骤(6)与步骤(7)之间，最好还包括下列步骤：

(1)判决紧连躯体是否存在物体，若不存在，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；

(2)判决下肢是否存在连续性，若不存在，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，判决有人通过，继续下一步。

本发明相对传统客流统计装置以及统计方法而言具有显著进步，包括：

(1)误判率低：对于多人同时进入或者多人同时出去都有良好的判断效果。

(2)实时性好：由于光电设备的反应速度快，同时微处理器的运算速度快，所以能够记录快速通过的客流量。

(3)方向性：可以判决人行走的方向，即可以判断入是进入还是出入。

(4)区分人与物体：本装置采用的是人体工程学算法，所以可以区分人与物体，精确度高，进而可以更好的统计客流量。

附图说明

图1为本发明红外光电客流装置原理框图。

图2为本发明的红外光电客流装置的控制/判断单元程序流程图。

图3为本发明采用的人体模型算法判决流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详述。

本发明红外光电客流装置的原理框图见图1。主要由红外光电发射器阵列、光电接收器阵列、控制/判断单元、显示传输单元及掉电保护单元组成。

红外光电发射器阵列由至少两排红外光电发射器构成，光电接收器阵列至少由两排光电接收器构成，发射器阵列和接收器阵列的各个发射器和各个接收器之间具有一一对应的关系。排数和每排的发射器或接收器数目根据实际情况确定，本装置采用两排、每排16个(8对)的发射器和接收器阵列。图1中，发射器1a……Na分别与接收器1a……Na一一对应，发射器1b……Nb分别与接收器1b……Nb一一对应。使用时，发射器阵列和接收器阵列分别安装在门的两侧，相对应的发射器阵列和接收器阵列的位置关系为对射式。发射器阵列和接收器阵列安装在水平方向上对齐，距离地面1米左右的高度上。

红外光电发射器由红外发光二极管及触发电路组成；红外光电接收器由红外集成接收电路组成。发射器所发射的红外线工作频率由控制/判断单元输出信号决定，所以可以根据工作环境的不同选择不同的红外线工作频率。发射器阵列与接收器阵列的工作距离可以根据需要调节。

控制/判断单元主要由微处理器及其外围电路构成。红外光发射器阵列在控制单元的控制下发送发射信号。判断单元采集光电接收器阵列所收到的信号并进行处理，根据人体工程学算法区分人与物体，从而判决是否有人通过，人通过的方向(是入还是出)；当多人同时通过时，判决通过人的个数。控制/判断单元主要由软件来实现，控制/判断程序烧写在微处理器中。

显示传输单元是由显示装置及RS485通信串口(或RS232通信串口)组成。显示装置是用来显示统计出来的客流量等数据。RS485通信串口可以把统计数据传送给其他装置。

掉电保护单元主要由电池及保护电路组成。当电源供电不稳定或出现问题时，掉电保护单元可以自动切换到电池供电模式，防止统计出来的数据丢失。

本发明实施例中的光电传感器采用对射方式，实际上，也可以反射方式。

图2为红外光电客流装置控制和判断单元程序框图。在红外光电客流装置工作过程中，发射器阵列一直发送信号。所有各路的工作方式是相同的，接收器阵列处在接收状态。图2中的方向判决与检验人通过判决是本系统的重点。

A、方向的判决是根据人通过系统时，各排光电接收阵列接收红外光的顺序，判断人体通过方向，换句话说，是根据对红外光遮挡的顺序来判定的。本系统采用了进入和离开系统方向双判决，并要求两个方向一致，才计数。方向双判决可以防止人在客流系统判决处停下来，前后晃动而造成的多次计数；也可以防止多人同时通过时，红外光遮挡顺序混乱而造成的计数误差。

B、检验人通过的判决是由人体模型算法来实现的(图3)，人体模型算法有三部分组成：分别为头部判决，躯体判决，下肢判决。

头部判决是人体模型算法的核心，因为多个人同时走路时，身体的各部分都可能相互接触，但人的头部在走路时是很难接触到一起的，所以本系统采用的人体模型算法是从人头部判决开始的。头部判决算法首先从上向下寻找与头部相似的物体；当找到相似物体后，进行头部判决。判决条件是大于r，并小于R的近似球体(r与R值可以自行设定)。

躯体判决是人体模型算法重要判决条件。躯体判决主要有两部分组成：分别是正下躯体判决和弯曲躯体判决。人走路的时候大多数是躯体在头部的正下方，但通过试验证明还有很少一部分人走路时身体是前倾或后仰，所以躯体判决分两部分进行。躯体判决算法是从紧密连接头部下部的物体开始的，躯体判决的条件是与头部紧密连接，形状近似长方体(正下躯体判决)或弯曲状(弯曲躯体判决)，占有一定的体积空间。

下肢判决是人体模型算法补充判决条件。因为人身体的高矮、胖瘦、肢体健全、走路特点等因素不同，所以下肢的判决产生了难度。本系统采用的是单下肢判决方式，即检测到有一条腿就可以。下肢判决是从紧连躯体下面的物体开始的，到地面以上L厘米(L的距离可以自行设定)，并切下肢应是连续的。

头部判决与躯体判决作为人体模型算法的主要判决条件，下肢判决作为补充条件，只有在要求精度很高的条件下才采用。

Claims (2)

1.一种基于人体模型的红外光电客流统计方法，采用的统计装置包括红外光电发射器阵列和光电接收器阵列、控制和判断单元，两个阵列的发射器和接收器之间具有一一对应的关系；所述控制和判断单元由微处理器及其外围电路构成；其特征在于，该统计方法每次的统计循环包括下列步骤：(1)红外光电发射器阵列在控制和判断单元的控制下实时发送发射信号；(2)光电接收器阵列实时接收信号并传送至判断单元；(3)控制和判断单元根据采集到的信号，从上向下查找相似头部的物体，判决是否存在人体头部，若没有，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，执行下一步骤；(4)判决紧连头部是否存在物体，若没有，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；(5)判决是否存在正下躯体，若不存在，则继续判决是否存在弯曲躯体，若不存在弯曲躯体，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；(6)进行躯体体积判决，若不符合，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则判决有人通过，继续下一步；(7)根据各排光电接收器阵列接收红外光的顺序，判决人体通过方向；(8)根据判决结果，对客流进行统计计数。

2.根据权利要求1所述的红外光电客流统计方法，其特征在于，其中的步骤(6)之后，步骤(7)之前，还包括下列步骤：

(1)判决紧连躯体是否存在下肢，若不存在，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，继续下一步；

(2)判决下肢是否存在连续性，若不存在，则判决无人通过，结束本次统计循环，否则，判决有人通过，继续下一步。

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