TWI488129B - 物體之計數系統與方法 - Google Patents

Description

物體之計數系統與方法

本發明為一種物體之計數系統與方法，特別是一種利用高度偵測的技術判斷移動物體並技術的技術系統與方法。

習知已有不少針對進出特定場合的人流進行計數的技術，比如百貨公司或賣場需要知道進出人員的數量時，可於門口設置人流計數器，比如利用。

習知技術如中華民國專利第I307059號(公告日：2009/03/01)所揭露的閘口進出人流計數方法，此案所揭示的方式係為一種利用影像處理的技術判斷攝影機所拍攝的影像中的人數，根據此案描述，在出入口架設攝影機，取得人員的俯視移動圖型(moving pattern)的分佈，與預先建立的參考模型面積相比對，藉此估計人數，接著再以移動圖型的「色彩分析歸納」得出一代表移動圖型的彩色向量(color vector)作為追蹤人員移動後的圖型辨識基準。

另有前案如中華民國專利公開第號201129932號(公開日：2011/09/01)所揭露的影像式出入口人流計數方法，此案同樣利用攝影機擷取影像，透過電腦視覺影像處理以達成出入口人流計數之目的，再提供影像校正的技術以準確計算出入口人流數量。

有別於習知技術使用光線遮斷或影像處理判斷移動物 或是進出特定場所的人員的方式，本發明特別提出利用高度偵測技術製作高度分佈圖的方式判斷特定物體的一種物體之計數系統與方法，在一特定用途中，此計數系統可偵測一或多個特定範圍內的人數，並透過一計數計算中心作一統計後的人力需求分析。

根據發明所揭露的實施例，物體之計數方法包括的步驟先取得一偵測範圍內的景深資訊，方法再根據景深資訊形成一高度分佈，之後根據高度分佈中的等高線密度判斷偵測範圍內的一或多個物體，並計算此偵測範圍內的物體數目。

其中景深資訊的產生方式之一可以不同的兩個攝影機拍攝同一範圍的影像產生的差異所得出；或以電磁波、電波、聲波等型式的反射波判斷其偵測範圍中的景深資訊，藉此形成一個高度分佈，因此可以判斷出是否有物體在當中，特別是透過高度分佈判斷出人的存在。

之後可根據前後不同時間的高度分佈變化判斷其中一或多個物體的移動軌跡，更可繼續透過門檻的判斷對跨越門檻標記的移動物體進行計數。

根據再一實施例，計數系統可包括一計數計算中心，計數計算中心可以透過特定連線方式取得多個場所的多組物體數目的數值，較佳為人數，透過人數的計算可以判斷一人力需求。

物體之計數系統包括一或多個景深偵測器以及計數計算中心，當此計數計算中心接收自一或多個景深偵測器分別所提供的景深資訊，據以形成特定時間內的一高度分佈圖，接著根據一或多個高度分佈中等高線密度判斷是否有 一或多個物體，並進行計數。

此例所指的計數計算中心設有一電腦計算機，能夠根據接收設於不同位置的多個景深偵測器所提供的同一時間的景深資訊計算而判斷其中相對高點，進而確定為特定物體。

根據發明所載實施例之一，本發明所提出的物體之計數系統與方法係根據一個偵測範圍的景深資訊所得出的高度分佈圖判斷出當中是否有特定物體、移動物體，並於一實施例中能特別能計算人數，並依此判斷一人力需求。然而實際應用時，物體可依照偵測範圍內的需求設定對象，並不排除為人、動物、車輛、或是特定物品為偵測對象。

根據實施例，如圖1A所示之計數系統的實施方式示意圖，此例以人形為例，圖中所示於天花板上設有一景深偵測器10，景深偵測器10於一偵測範圍內由上而下發射電磁波(如發射波102)，不排除可採用不可見光、電波、聲波等，當中的各種設施、物品、人101,103等實體物件都會反射此電磁波(特別為不可見光，如紅外光、無線電波)，景深偵測器10當中的接收裝置即接收反射電磁波，因為此偵測範圍應有地面、原有設施形成的背景資訊，因此可以根據發射波102與相對的反射波之間的時間差計算判斷前景(反射時間較早)的物體，而決定出各個位置的景深資訊，進而得出此偵測範圍內的高度分佈。

本發明因此可以根據此範圍內的高度分佈判斷是否具有特定物體，如果判斷的物體為人，將可據以設定景深的 門檻判斷，以人為例，可以設定門檻為人的高度(如100公分到200公分高)以及人所佔的面積(如俯視的圓面積直徑50-70公分)，依此門檻來判斷是否範圍內有一個或以上的人(101,103)。

接著，圖1B再顯示本發明物體之計數系統的另一實施方式示意圖。

此例中，同樣在一偵測範圍的上方設有景深偵測器10，以攝影機11,12分別以不同的方向、角度拍攝偵測範圍。同樣地，此偵測範圍包括原來地面或設施形成的背景，由攝影機11,12從不同角度拍攝的影像可以排除原來背景的物體，進而因為不同攝影機有不同光圈值而致使所拍攝的物體會有不同的模糊程度，因此可依此來判斷景深。經排除前述背景資訊後，可以順利根據景深資訊所形成的高度分佈判斷出前景物體，如此例的人101’,103’，但實際實現並不排除其他對象，如動物、車輛等，系統可以根據所需偵測的物體而設定其判斷門檻，如前述物體的高度、所佔面積等參數。

圖2顯示利用本發明物體之計數系統製作的高度分佈圖示意圖，其中顯示在一高度偵測範圍20內根據前述景深資訊所繪製的等高線(contour line)，根據需求設計計數系統所提供的等高線的解析度，每一條等高線表示一個高度值或是一個高度範圍，每一條高線之間可以取得一個高度差，因此可以根據等高線的密度判斷是否有特定物體的存在。

此例中，其中顯示有兩個等高線較為密集的集中區域201,203，根據景深資訊可以計算得出這兩個集中區域201, 203的高度與佔有面積的資訊，因此根據門檻判斷出是人、動物、車輛或是其他物體。

舉例來說，以一成人為例，高度偵測器設於上方，經過景深的計算後，簡單來說，人的頭部高度若為170公分、肩膀高度則約為140公分左右，這個高度差異若在約60公分直徑的範圍內形成，可以據以判斷為一成人。

根據前述實施態樣，本發明可以利用景深的資訊判斷出物體的存在，更可以根據前後時間的高度分佈變化判斷該物體的移動，並可進一步計算通過特定進出入口或是特定範圍的數目。如圖3接著所示本發明物體之計數系統的另一實施方式示意圖。

此例中，上方設有高度偵測器30，拍攝的範圍內有一人301，當根據前述高度分佈判斷出此人301的存在，系統將鎖定人301的位置，經過前後時間(某個時段內)的高度分佈比對，可以根據高度分佈的變化判斷人301的移動。上述根據影像鎖定的技術為一般常見，且為本發明領域的技術人員可以實現，並不在此贅述。

若本發明物體的計數系統於所欲偵測的範圍內設有兩個門檻標記31,32，除了可以判斷範圍內的物體存在外，更可以追蹤物體的移動，並判斷是否已經跨越其中的門檻標記31,32。比如一個場合的出入口，可以根據所設的門檻標記31,32判斷進出人數，比如設於一個場合的上方位置，可以判斷進出一定偵測範圍的人數。

值得一提的是，習知技術利用影像識別的方式需要根據每個畫素執行演算，需要強大的數據處理能力，而本發明實施例所載物體之計數方法並非採用習知利用影像識別 判斷人流的技術，僅根據特定偵測範圍內的景深與高度分佈判斷人流，所需處理的數據僅為一般的數值分析，因此在系統處理能力上並非習知技術所需的強大；換句話說，在同樣的處理能力下，本發明更可以應付大量的物體判斷、追蹤與門檻判斷，適用於大型的場合。

圖4接著顯示本發明物體之計數系統用於多人的大型場合中的實施態樣。

其中顯示有一景深偵測器40，可以根據偵測範圍42內拍攝影像，或是偵測範圍42內各種物體的電磁波(不排除如電波、聲波、不可見光等各種型式)反射時間判斷出景深，進而形成偵測範圍42內某一時間的高度分佈，由其中相對高度與等高線密度判斷出特定物體的數量、移動以及出入此偵測範圍42的數量。

此例中，景深偵測器40設於一個偵測範圍42的上方，並非僅設於特定場合的出入口，因此可以直接根據高度分佈取得多位不同高度的人的數量，甚至對各個移動的人進行追蹤以及判斷是否已經移出此範圍42，或是有人進入此偵測範圍42。

因此，本發明所載物體的計數系統可以因此取得特定區域的人數，進而產生其他應用，如本揭露書圖7與圖8所示的實施例。

圖7顯示本發明計數系統設有一計數計算中心70，此計數計算中心可以同時與多個設於不同位置的景深偵測器701,702,703連結，以網路、有線電纜或是無線電的形式連線，並能取得各個景深偵測器701,702,703所傳送的高度資訊，計數計算中心70接著結合自身的時間資訊判斷在一 定時間內各個景深偵測器701,702,703所偵測的範圍的物體數目，如人數。

值得一提的是，在此架構下，多數的運算資源都是集中在計數計算中心70，包括時間的同步化，因此各端景深偵測器701,702,703的電路設計、工作負載與耗電量都會比較輕省。

在實際應用上，若此例的景深偵測器701,702,703設於一個商場的不同區域，若有特定區域人數較多，此系統可以提供人力安排的建議，可以派遣更多人力或是資源到該人數較多的區域。另有應用是電力的分配，可以根據人數的多寡調整電力輸出，同時達到省電與增加用電效率的目的。

圖8顯示相關的流程。

開始如步驟S801，系統中計數計算中心可以由分設不同位置的景深偵測器所產生的多個位置的高度資訊，進而如步驟S803，根據各個位置的高度分佈判斷不同位置的移動物體數量，或是其移動狀況，達到計數(步驟S805)以及判斷人力需求(步驟S807)的目的。

本發明物體之計數系統之實施例功能方塊圖可參看圖5A，其中主要元件為景深偵測器50與計數計算中心54，兩者可以特定連結手段相連，包括網路、有線電纜、無線電波等方式，計數計算中心54可以透過此連線取得景深偵測器50所產生的高度資訊51，計數計算中心54根據此資訊執行運算得到偵測器50所偵測範圍的高度分佈，以及根據其中資訊所判斷的物體數量。

景深偵測器50用以取得一偵測範圍在某一時間內的景 深資訊，此例則可為一種以電磁波的方式取得景深資訊的計數，其中包括發送偵測訊號的發射單元501，以及接收反射訊號的接收單元502，反射訊號可能反射自偵測範圍內的各種物體，包括初始設定的背景以及有其他進入偵測範圍的物體。

另有一高度計算單元503電性連接發射單元501與接收單元502，將取得發送的偵測訊號與反射訊號，能夠計算兩者的時間差異，並與原本背景的訊號比對，因此取得偵測範圍內的各位置景深資訊，經繪製整個偵測範圍的景深後形成偵測範圍在特定時間的高度分佈圖。

經景深偵測器50得出一個時間點的高度分佈後，由計數計算中心54取得高度資訊51，計數計算中心54可以據以判斷當中的物體以及進行計數。此例中，計數計算中心54中設有以軟體模組或是電路實現的高度分佈形成單元541，可以根據本身的時間資訊以及前述高度資訊51形成一個時間一個範圍內的高度分佈圖，其中系統時間的同步能夠讓高度分佈形成單元541識別出某一時間的高度訊號，因此高度分佈形成單元541在持續接收到來自景深偵測器50的訊號後，可以產生不同時間的各高度分佈。

接著，計數計算中心54中設有以軟體或硬體電路實現的物體判斷單元542，能夠根據高度分佈圖中的等高線分佈經排除背景之後判斷出有外來物體的存在。比如等高線密度較大的區域可以根據所欲判斷的物體高度特性判斷出是否有物體存在。亦可根據前後不同時間的高度分佈變化判斷出有移動物體，進而確認是外來物體。

之後經計數計算中心54內軟體或硬體實現的門檻比對 單元543確認物體，更進而判斷是否達到特定門檻。舉例來說，偵測範圍可包括如前述圖3所述的門檻標記，因此可以透過此門檻判斷出進出特定場合或區域的物體。

再以計數計算中心54內軟體實現的計數單元544進行計數，包括計算偵測範圍內的物體數量、進出特定場合或區域的物體數量等。

另有實施例如圖5B所示，其中顯示的計數系統實施例為利用兩個或多個攝影機透過同一時間所拍攝的影像差異取得景深資訊的技術。

此例中，景深偵測器50’為利用拍攝影像的模糊程度產生景深資訊的偵測器，其中可設有拍攝同一區域但不同拍攝角度的第一攝影機505與第二攝影機506，再有一高度計算單元503電性連接這兩個攝影機505,506，經取得不同角度所拍攝同一位置的影像資訊判斷偵測範圍各點的景深。

在利用兩個或以上攝影機拍攝同一位置的方式判斷景深的技術，其中利用的技術係以立體視覺的原理取得景深資訊，特別如以兩部攝影機以左、右擺置的方式各取得一幅影像(frame)，利用拍攝到物體在兩幅影像的位置差異的差異量(disparity)與三角測量法取得景深資訊，而一個偵測範圍內中多個點的景深資訊可以描繪形成一個高度分佈圖。另有方法亦可透過不同攝影機(不同光圈值)拍攝偵測範圍內物體，兩個攝影機拍攝的影像會有不同的模糊程度，因此可依此來判斷景深。

圖5B所示的景深偵測器50’所產生的高度資訊51將傳送到計數計算中心54執行高度分佈的演算以及物體的判 斷。

在衍生的實施例中，前述計數計算中心可以同時連接多個設於不同區域的景深偵測器，多個景深偵測器將分別所提供於一段時間(由計數計算中心54同步)內在各自區域偵測出的景深資訊，並據以形成該時間的一高度分佈圖，實施例可參閱上述已經描述的圖7所載的實施例。

圖6接著顯示本發明物體之計數方法流程圖。

包括透過不同攝影機拍攝影像所判斷的景深，或是透過電磁波偵測方式取得特定範圍的景深資訊，如步驟S601，取得景深資訊後，形成一高度分佈，如步驟S603，經排除背景(與前景比對)而可以判斷出可能的物體所在，比如從一或多個高度分佈中等高線密度判斷是否有一或多個物體，並進行計數。再以前後時間的高度分佈變化而計算出原本判斷出疑似物體的移動，能確認物體為移動物，更可進行物體追蹤以及判斷進出入的狀態(步驟S605)，包括可以對特定範圍內的物體進行計數(步驟S607)。

綜上所述，本發明揭露一種物體的計數系統與方法，其中主要實施例之一揭露可以具景深判斷的攝影機拍攝一特定範圍的影像，而能取得特定範圍內之各點距離值(景深)，而得出此範圍內之高度分佈，根據等高線的密度與四周的高度資訊可得到相對高點的位置。更可根據前後時間的高度分佈得出物體移動的情況，達到計數的目的。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化，均同理包含於本發明之範圍內，合予陳明。

10‧‧‧景深偵測器

102‧‧‧發射波

101,103,101’,103’‧‧‧人

11,12‧‧‧攝影機

20‧‧‧高度偵測範圍

201,203‧‧‧集中區域

30‧‧‧景深偵測器

301‧‧‧人

31,32‧‧‧門檻標記

40‧‧‧景深偵測器

42‧‧‧偵測範圍

50‧‧‧景深偵測器

501‧‧‧發射單元

502‧‧‧接收單元

503‧‧‧高度計算單元

51‧‧‧高度資訊

54‧‧‧計數計算中心

541‧‧‧高度分佈形成單元

542‧‧‧物體判斷單元

543‧‧‧門檻比對單元

544‧‧‧計數單元

50’‧‧‧景深偵測器

505‧‧‧第一攝影機

506‧‧‧第二攝影機

70‧‧‧計數計算中心

701,702,703‧‧‧景深偵測器

步驟S601~S607‧‧‧物體之計數方法流程之一

步驟S801~S807‧‧‧物體之計數方法流程之二

圖1A顯示本發明物體之計數系統的實施方式示意圖之一；圖1B顯示本發明物體之計數系統的實施方式示意圖之二；圖2顯示利用本發明物體之計數系統製作的高度分佈圖示意圖；圖3顯示本發明物體之計數系統的實施方式示意圖之三；圖4顯示本發明物體之計數系統的實施方式示意圖之四；圖5A顯示為本發明物體之計數系統之實施例功能方塊圖之一；圖5B顯示為本發明物體之計數系統之實施例功能方塊圖之二；圖6顯示本發明物體之計數方法流程圖之一；圖7顯示本發明物體之計數系統示意圖；圖8顯示本發明物體之計數方法流程圖之二。

S601‧‧‧取得景深資訊

S603‧‧‧形成一高度分佈

S605‧‧‧判斷移動物體

S607‧‧‧計數

Claims (10)

1. 一種物體之計數方法，包括：於一偵測範圍的上方所設的一景深偵測器取得該偵測範圍內的景深資訊；根據該景深資訊形成一高度分佈，該高度分佈係以一等高線呈現，根據該高度分佈中的等高線密度判斷該偵測範圍內的一或多個物體；以及計算該偵測範圍內的物體數目。
2. 如申請專利範圍第1項所述的物體之計數方法，其中該高度分佈係由兩個不同拍攝角度所拍攝的影像差異所判斷出的景深資訊所形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的物體之計數方法，其中該高度分佈係根據該偵測範圍的一或多個物體反射的電磁波偵測訊號所形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的物體之計數方法，更包括：根據前後不同時間的該高度分佈的變化判斷其中一或多個物體的移動軌跡。
5. 如申請專利範圍第4項所述的物體之計數方法，更包括：根據該一或多個物體的移動軌跡判斷是否跨越一門檻標記；以及對跨越該門檻標記而正在移動的物體進行計數。
6. 如申請專利範圍第1項所述的物體之計數方法，更包括：該物體數目的數值傳送至一計數計算中心，該計數計算中心取得多個場所的多組物體數目的數值；以及根據該多組物體數目的數值，判斷一人力需求。
7. 一種物體之計數系統，包括： 一或多個景深偵測器，各景深偵測器設於一偵測範圍的上方，用以取得該偵測範圍在一段時間內的景深資訊；一計數計算中心，接收自該一或多個景深偵測器分別所提供於該段時間的景深資訊，據以形成該段時間的一高度分佈圖，該高度分佈圖係以一等高線呈現，接著根據該一或多個高度分佈中等高線密度判斷是否有一或多個物體，並進行計數。
8. 如申請專利範圍第7項所述的物體之計數系統，其中該景深偵測器包括一發射單元、一接收單元與一高度計算單元，該高度計算單元電性連接該發射單元與該接收單元，根據該發射單元發送的偵測訊號以及該接收單元所接收的反射訊號判斷的景深資訊，以形成該偵測範圍在該段時間的高度分佈圖。
9. 如申請專利範圍第7項所述的物體之計數系統，其中該景深偵測器包括至少兩個拍攝不同角度的攝影機，透過同一時間所拍攝的影像差異取得該景深資訊。
10. 如申請專利範圍第7項所述的物體之計數系統，其中該計數計算中心設有一電腦計算機，透過一連線手段同時接收設於不同位置的多個景深偵測器所提供的同一時間的景深資訊，由景深資訊形成的高度分佈，以計算相對高點以判斷是否具有該物體。