CN102779359A - 基于深度图像进行通行检测的自动检票装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动检票装置，是一种在轨道交通车站、码头、旅游景点等设置的自动检票装置。深度图像摄像机30拍摄自动检票装置的检票通道20场景的深度图像，通行者检测单元可根据该深度图像对检票通道内的通行者和物体的位置进行判定并进行跟踪。主控制单元根据通行者检测单元判定的通行者位置和跟踪信息适时控制检票口门13的开闭。由此，本发明提供了一种可以准确追踪通行者位置，无误检测或误判定的、可靠性高的自动检票装置。

Description

基于深度图像进行通行检测的自动检票装置

技术领域

本发明涉及一种自动检票系统，涉及轨道交通车站设置的自动检票装置。

背景技术

目前在轨道交通车站中安装了多种自动检票装置。这些自动检票装置可以接受磁性车票、RFID车票，读取存储在车票中的记录信息，用以判定是否允许持有车票的通行者通过该自动检票装置。若自动检票装置判定通行者不被允许通过，则安装在自动检票装置上的通行控制装置处于关闭状态，阻止通行者通过。通常通行控制装置是一个可以自动开启和关闭的门装置。

若自动检票装置判定通行者被允许通过，则安装在自动检票装置上的通行控制装置开启，允许通行者通过。在通行者通过时，自动检票装置需要感知通行者和判别通行者在通道内的位置。当通行者通过门装置后，自动检票装置应及时关闭门装置，以阻止其他未被许可的通行者通过。

自动检票装置中的通行控制装置目前采用的技术有两类：1.三杆闸门机构，接收到开启信号后，机械锁紧结构解除，可以允许三杆闸门沿着通行方向旋转，其间的空间恰好允许一个人通行，旋转120度后，机械锁紧结构再次锁闭。此类装置友好度不佳，应用受限。2.可自动开启的收折扇形门或翻转矩形门，这一类门装置在接受到开启信号后打开，允许通行者通过，但需要自动检票装置向该门装置发出关闭信号，以阻止其他未被允许通行者通过。

中国专利01108925.3公开了一种自动检票装置，该自动检票装置沿一条长度有最小限制的通道排列，通过分布于通道侧面的若干组传感器感知沿着检票通道行进的通行者，由于传感器形式简单，无法有效地感知通行者及附属行李等物品，存在误检测和误判定。因而该专利所公开的实施例中使用了两组翻转门提高其可靠性。中国专利200410059220.8公开了一种自动检票装置，沿通行方向排列有多个传感器，通过追踪多个传感器组的状态迁移而对人的位置进行实时管理。由此，可以通过这些传感器较为可靠地追踪人的位置。但是这些点状传感器有数量和分布间隔的严格要求，这样使得自动检票装置的体积无法减小。中国专利97117763.5公开了一种自动检票系统，利用分布在通道两侧的多组红外传感器感知和检测通行者。这些系统都没有解决可靠性不够高，装置体积受到传感器数量和分布间隔的限制无法减小的缺点。中国专利200710186609.2公开了一种自动检票系统，该系统设置了摄像机拍摄通过自动检票机通道的通行者。其拍摄的图像仅用于记录和通知用途，对通道内通行者位置的追踪仍然依靠分布在通道两侧的多组红外传感器实现。这些系统都没有解决可靠性不够高，装置体积受传感器数量和分布间隔的限制无法减小的问题。

发明内容

本发明公开了一种自动检票装置，目的在于整体或部分地解决一个或多个上述问题或缺点，以提供至少以下描述的优点：

全部或部分取代以往自动检票装置中，用以感知和判别通行者在通道内的位置的红外传感器。可以使得自动检票装置体积减小，特别是可以减小自动检票装置在通行方向上的长度。

相比于以往自动检票装置，本发明公开的自动检票装置采用深度图像感知和判别通行者在通道内的位置，减小了误检测和误判定，并且可以对检票通道内多个通行者的位置同时进行感知和判别。

为了整体或部分实现上述目的，本发明公开了一种自动检票装置，是一种自动检票系统，可以读取通行者所持有的车票介质、控制检票口门的开启和关闭、允许和禁止通行者通过，包含：深度图像摄像机，拍摄自动检票装置通道内场景的深度图像，用于对自动检票装置通道内的通行者或物体进行感知和跟踪，所述深度图像中的每一个像素值表示场景中某一点与深度图像摄像机之间的距离，所述深度图像摄像机采用可见光或红外结构光对场景的深度信息进行测量，获得场景的深度图像，所述结构光是指从已知角度将某种特定光图案投射到物体上形成的投影；通行者检测单元，根据所述深度图像摄像机拍摄的自动检票装置通道内场景的深度图像中的深度信息来判定自动检票装置通道内的通行者或物体的位置，对自动检票装置通道内的通行者或物体进行跟踪。

自动检票装置通过读取车票介质的信息，可以根据通行者检测单元获得的通行者位置信息在恰当的时刻开启和关闭检票口门。通过这样，自动检票装置可以分辨被许可通行的通行者和未被许可通行的通行者，避免未被许可通行的通行者跟随通行。而且，通过这样，自动检票装置可以识别通行者及其附属的物品，避免在通行者已通过检票口门但其附属的物品尚未通过时关闭检票口门。

并且，在本发明中，自动检票装置包括一个包含了结构光发射模块与结构光接收模块的深度图像摄像机。所述深度图像摄像机位于自动检票装置检票通道的上方以俯视拍摄检票通道。深度图像摄像机可以拍摄检票通道内场景的静态或连续深度图像。通行者检测单元根据所述深度图像信息对通道内的通行者进行感知和定位，避免了通常利用二维图像跟踪存在的误差和误判。即使通道内有多名通行者，也能够对其分别实施追踪、进行感知和定位。即使是在通行者在通道内徘徊等复杂运动的情况下，也能够正确地追踪通行者的位置，所以杜绝了检测到反向进入或第二个通行者进入等误检测的可能性。

并且，在本发明中，自动检票装置的深度图像摄像机可以包含一个热成像摄像机。在热成像摄像机拍摄的静态图像或连续视频中，通行者跟踪单元可以准确地地从背景中分离通道内的通行者，可以准确地对通道内的通行者进行感知和定位。

并且，在本发明中，自动检票装置的深度图像摄像机可以包含一个普通彩色可见光摄像机。彩色可见光摄像机用以对检票通道内的场景进行拍摄，其拍摄的彩色静态图像或连续视频可用于日志记录或人工监控。

而且，通行者跟踪单元可以根据热成像图像和普通可见光图像准确地将尾随的通行者和第一个通行者的附属行李等区分开，从而杜绝了尾随通过的可能性。

附图说明结合附图说明详细阅读下列详细说明，可容易地理解本发明的宗旨，附图中有：

图1是表示本发明实施例的自动检票装置的立体图；

图2是自动检票装置的正面图；

图3是自动检票装置的侧面图；

图4是表示本发明原理的一个自动检票装置的实施例的电气框图；

图5是自动检票装置的实施例中深度图像摄像机和通行者检测单元的原理框图；

图6是自动检票装置实施例中深度图像摄像机的原理框图；

图7是表示一个通行者进入检票通道的示意图；

图8是实施例中深度图像摄像机拍摄的检票通道场景示意图；

图9是表示自动检票装置的实施例中深度图像摄像机获得的一个通行者的以地面为参考面的校正深度图像；

图10是表示两个通行者进入检票通道的示意图；

图11是表示自动检票装置的实施例中深度图像摄像机获得的两个通行者的以地面为参考面的校正深度图像。

具体实施方式

说明书附图1～2是表示本发明实施形式中自动检票装置的图。图1是立体图，图2是正视图。图1～图2所示自动检票装置中，一对自动检票机柜10可以形成一个检票通道20，深度图像摄像机30位于检票通道上方，自上而下俯视拍摄检票通道20的包含深度信息的静态图像或连续视频，设置于自动检票机体14内部的通行者检测单元50根据上述图像或视频信息对检票通道内的通信者进行感知和跟踪。11是安装在自动检票机柜10上与非接触式IC卡车票(未图示)之间进行通信的车票读取装置，12是用于表示左侧的检票通道20是否被允许通行的指示灯，13是设置在自动检票机柜10上的扇形门，15是用于显示车票信息的显示装置，16是扇形门关闭时用于防止夹人检测的光电传感器。自动检票装置的电气和门驱动部件设置于自动检票机体14内部。

图3是自动检票机柜的侧面图，在扇形门13两侧分别布置有若干组光电传感器16。在扇形门13正在关闭时，任意一组光电传感器16被遮挡，可阻止扇形门13的关闭，防止扇形门夹人或物体。

图4是自动检票装置的一个实施例的电气部分框图。在图4所示自动检票装置的实施例中，深度图像摄像机30由一个结构光发射模块31和结构光接收模块32构成。深度图像摄像机30位于检票通道20的上方，自上而下俯视拍摄包含检票通道20的视频图像。但深度图像摄像机在安装时可以不与水平地面严格平行，也可以不在检票通道20的中轴线的严格正上方。通行者检测单元50从深度图像摄像机输出的深度信息图像中感知和检测到通行者，并对处在检票通道中的通行者跟踪，将通行者的位置信息和跟踪信息发送给主控制单元60。位置信息是指通行者在通道内所处的位置，跟踪信息是指通行者的运动参数和状态信息。

乘客将非接触IC卡车票40放置于车票读取装置11上时，车票读取装置11将读取车票的数据发送给主控制单元60。主控制单元60根据读取的车票数据判断车票权限，并且根据通行者检测单元50发送来的通行者位置信息和跟踪信息向门驱动器62发出开启或关闭的信号。门驱动器62驱动扇形门13的开启或关闭，由马达、马达驱动器及机械传动部件等所构成。传感器16是多对透射型的光电传感器，可以在扇形门13即将关闭时，检测是否有通行者或其附属的行李处于扇形门13的运动范围，防止意外碰撞通行者或其附属的行李物品。网络通信单元61可以允许主控制单元60与上位控制计算机(未图示)通信，用以下载车票数据信息及控制指令信息，也用于上传统计数据。

图5是表示深度图像摄像机和通行者检测单元工作原理的框图。深度图像摄像机30包含结构光发射模块31、结构光接收模块32和深度信息处理模块33。结构光发射模块31从已知角度将某种特定光图案投射到物体上形成投影，结构光接收模块32从另一已知角度拍摄该物体上形成的投影，深度信息处理模块33对该投影的图像进行预处理、存储、识别与计算，从而获得深度图像。深度信息处理模块33输出深度图像给通行者检测单元50，以作进一步的处理。

更进一步，深度信息处理模块33是一个基于结构光的深度信息处理系统(图6所示)。深度信息处理模块33共有3个功能模块：预处理与存储模块331、计算模块332和深度信息识别模块333。结构光发射模块31投射出红外或可见光的结构光到场景上，结构光接收模块32拍摄下结构光在场景表面上的带有深度信息的畸变，送入预处理与存储模块331。预处理与存储模块331对结构光接收模块32拍摄的视频图像所作的预处理包括：a)图象畸变校正，是以一种基于测试网格的图像卷绕(image warping)算法为基础的几何变换处理；b)运动前景图像提取，是一种以消去参考背景算法为基础的前景图的提取处理。预处理与存储模块331与计算模块332以及深度信息识别模块333之间可以通过多种通信协议如USB、以太网、无线协议802.11a/b/g/n等通信。计算模块332采用结构光三维重建算法对预处理与存储模块331处理后的包含深度信息的图像进行运算，获得场景的第三维信息，从而输出场景的深度图像给通行者检测单元50。深度信息识别模块333通过一系列预定义的人体深度信息模板可以加速计算模块332的运算速度，且提高计算的准确率。

高度校正模块51的作用是对深度图像进行校正和标定，从而获得场景内的通行者或物体相对于检票通道地面的真实高度，获得以地面为参考面的直角坐标系下的校正深度图像(图9所示)。通行者检测器52的作用是对所述校正深度图像进行检测及分类，从校正深度图像中检测出通行者。通行者检测器52对通行者的识别采用了一种基于深度阈值分割和分割后深度图像连通域分类的识别方法。更进一步，通行者检测器53的处理流程包括：a)深度阈值分割，采用多个深度阈值对深度图像进行分割，目的是对成年人、儿童及附属行李物品进行区分；b)分割图像后处理，以一种基于图像形态学操作为基础的开闭运算消除分割图像的噪声点；c)连通域的分类识别，通过一种基于分割域面积、形状参数及深度参数的模式识别方法对连通域的分类识别，确定连通域的类型属于成人、儿童或附属行李物品。更进一步，由于深度图像是一个连续的视频图像，通行者检测器52是对连续的视频图像中每一帧进行分割和分类。

图7是一个通行者进入检票通道的示意图。图8是深度图像摄像机拍摄的检票通道场景示意图。图9是深度图像摄像机30输出的深度图像，且通过高度校正模块51处理后的以地面为参考面的直角坐标系下的校正深度图像。通行者检测器52对校正后的深度图像进行深度阈值分割和连通域分类识别，检测和判断通行者类型。图10是一个成年人通行者和一个儿童通行者进入检票通道的图。图11显示了两个通行者的以地面为参考面的校正深度图像。图11深度图像中存在有两个深度不同的峰值，通行者检测器52可以从多个深度阈值对深度图像进行分割和连通域的分类识别后，检测到深度图像中两个峰值代表的通行者并获得两个不同峰值所代表的成年人通行者和儿童通行者。

位置跟踪器53基于通行者检测器52对视频图像中每一帧的深度分割连通域图像和连通域分类信息对通信者进行跟踪，获得通行者的位置信息和跟踪信息。位置信息是指通行者在通道内所处的位置，跟踪信息是指通行者的运动参数和状态信息。这些信息将发送给主控制单元60，主控制单元60向门驱动器62适时发出开启或关闭信号。

在本发明的另一个实施例中，深度图像摄像机30中还包含一个热成像摄像机。热成像摄像机根据所摄目标的温度不同成像，所成像用伪彩色标记。一般，热成像摄像机对低温区域采用蓝色表示，高温区域采用红色表示。本实施例中，地面等背景的温度低于人体的温度，在所成像中颜色偏蓝色，而人体所成像偏红色。使用数字化器将热成像摄像机拍摄的热成像转换为数字图像。对所得的数字图像进行进一步预处理包括：a)前景分离；b)噪声滤波。在本实施例中，通行者检测单元50的输入除了深度图像摄像机30输出的深度图像外，还包括经过预处理的热成像图像。通行者检测器52除了对通行者采用基于深度阈值分割和对深度图像采用连通域分类的识别方法识别外，通过热成像图像的阈值分割图可以加快对深度图像连通域分类识别。

在本发明的另一个实施例中，深度图像摄像机30中还包含一个彩色可见光摄像机。彩色可见光摄像机用以对检票通道内的场景进行拍摄，其拍摄的彩色静态图像或连续视频可用于日志记录或人工监控。而且，通行者跟踪单元可以根据热成像图像和普通可见光图像准确地将尾随的通行者和第一个通行者的附属行李等区分开，从而杜绝了尾随通过的可能性。

以上，根据本发明提供了一种可以准确追踪通行者的位置，无误检测或误判定的、可靠性高的自动检票装置。

按照上面的介绍可以对本发明做出许多修改和变形。因此应当理解，在所列的权利要求范围之内，可以对本发明做出与上述不同的实践。

Claims (4)

1.一种自动检票装置，是用于读取车票介质，判定是否允许持有车票介质的通行者通行，控制检票口门的开启和关闭，许可和禁止所述通行者通行的自动检票装置，其特征在于该自动检票装置包括：

深度图像摄像机，拍摄自动检票装置通道内场景的深度图像，用于对自动检票装置通道内的通行者或物体进行感知和跟踪，所述深度图像中的每一个像素值表示场景中某一点与深度图像摄像机之间的距离，所述深度图像摄像机采用可见光或红外结构光对场景的深度信息进行测量，获得场景的深度图像，所述结构光是指从已知角度将某种特定光图案投射到物体上形成的投影；

通行者检测单元，根据所述深度图像摄像机拍摄的自动检票装置通道内场景的深度图像中的深度信息来判定自动检票装置通道内的通行者或物体的位置，对自动检票装置通道内的通行者或物体进行跟踪。

2.根据权利要求1所述的自动检票装置，其特征在于所述深度图像摄像机还包含一个热成像摄像机。

3.根据权利要求1所述的自动检票装置，其特征在于所述深度图像摄像机还包含一个彩色可见光摄像机。

4.根据权利要求1～3所述的任一自动检票装置，其特征在于所述深度图像摄像机位于自动检票装置通道上方，俯视拍摄自动检票装置通道的静态图像或连续视频。

Images