專利名稱：基于人體模型的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微處理器和紅外光電模塊的客流統(tǒng)計(jì)裝置，可用于進(jìn)入營(yíng)業(yè)場(chǎng)所的客流量，屬于自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在客流量不能被其他類似收款機(jī)或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完整記錄的營(yíng)業(yè)場(chǎng)所，很多時(shí)候也需要對(duì)客流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。銷售額除以客流量就是單個(gè)顧客價(jià)值，提高單位顧客價(jià)值和客流量是營(yíng)業(yè)場(chǎng)所提高銷售額的主要途徑?？土髁勘旧砜梢跃_衡量店面價(jià)值，廣告效果。也可以把客流量這個(gè)分母的因素濾掉，精確衡量店內(nèi)營(yíng)銷手段優(yōu)劣。客流量數(shù)據(jù)可以縱向比較和橫向比較，橫向比較指和同一個(gè)店不同的周、月進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)分析不同營(yíng)銷手段的效果；縱向比較是指比較不同的店面，找出店面之間的確切差異。
對(duì)于客流量的統(tǒng)計(jì)同時(shí)也可以應(yīng)用于公交、地鐵這些公用設(shè)施。為公交、地鐵企業(yè)單位提供客流數(shù)據(jù)，既可以把這些數(shù)據(jù)用于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)，同時(shí)也可以把這些數(shù)據(jù)提供給政府部門，以應(yīng)對(duì)公共事件。
申請(qǐng)?zhí)枮?00510060288的專利申請(qǐng)，提出一種基于立體視覺的公交客流統(tǒng)計(jì)方法，該方法利用處理器對(duì)立體視覺裝置獲取的雙目圖像進(jìn)行立體視覺處理，得到場(chǎng)景中的各點(diǎn)到攝像機(jī)之間的距離，然后在距離上設(shè)置閾值，得到距離攝像機(jī)某一距離范圍內(nèi)的場(chǎng)景中的所有點(diǎn)，通過對(duì)這些點(diǎn)的去噪、擬和，再結(jié)合單目圖像的特征識(shí)別方法，將那些近似組成圓的場(chǎng)景中點(diǎn)的集合作為人的頭部，從而實(shí)現(xiàn)了人頭部的檢測(cè)，再將人頭部檢測(cè)的結(jié)果的位置、半徑、灰度信息交由跟蹤算法實(shí)施跟蹤，便可以判斷出客流的運(yùn)動(dòng)方向，從而完成客流信息統(tǒng)計(jì)。該專利申請(qǐng)，在硬件上，需要采用攝像機(jī)等設(shè)備，成本較高，在軟件上，僅僅對(duì)圖像提取了人體頭部信息，位置、半徑、灰度信息交由跟蹤算法實(shí)施，從而判斷客流的運(yùn)動(dòng)方向，此種判斷方法對(duì)攝像機(jī)、跟蹤算法精確性的依賴程度很高，從技術(shù)上難以實(shí)施，難以達(dá)到較高的分辨率。
申請(qǐng)?zhí)枮?00410155552的專利申請(qǐng)，提供一種公交車客流量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的方法，包括放置于上、下車門上方的人體紅外傳感器陣列和紅外反射式開關(guān)陣列，多路選擇器，人體紅外傳感器的調(diào)理電路和CPU控制電路，在公交車上下車車門的上方，垂直向下裝有人體紅外傳感器和紅外反射式開關(guān)陣列，陣列的每個(gè)點(diǎn)由一個(gè)人體紅外傳感器和一個(gè)紅外反射式開關(guān)捆綁組成，人體紅外傳感器和紅外反射式開關(guān)感應(yīng)到的人體信號(hào)分別經(jīng)過多路選擇器和信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、濾波、比較轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，再由CPU的I/O口讀入，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，CPU根據(jù)讀到陣列感應(yīng)脈沖的個(gè)數(shù)和圖案按照一定的算法判斷上、下車的方向和統(tǒng)計(jì)上、下車的人數(shù)。該專利申請(qǐng)的主要特點(diǎn)是采用陣列感應(yīng)脈沖計(jì)數(shù)來判斷客流數(shù)和上下車方向，并未對(duì)如何采集圖案以及如何對(duì)圖案進(jìn)行處理提出切實(shí)可行方案，因此，仍舊存在精確度較低，誤判率較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，為客流統(tǒng)計(jì)提供一種價(jià)格低、精度高、誤判率低、實(shí)時(shí)性好的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，并提供一種此裝置適用的客流統(tǒng)計(jì)方法。本發(fā)明的基于人體模型的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置的技術(shù)方案如下一種基于人體模型的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，包括紅外光電發(fā)射器陣列和光電接收器陣列、控制/判斷單元，兩個(gè)陣列的發(fā)射器和接收器之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；所述控制/判斷單元由微處理器及其外圍電路構(gòu)成，控制所述紅外光電發(fā)射器陣列發(fā)射信號(hào)，并對(duì)通過光電接收器陣列所采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)人體模型學(xué)算法區(qū)分人與物體，判決是否有人通過，根據(jù)各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判斷人體通過方向；當(dāng)多人同時(shí)通過時(shí)，判決通過人的個(gè)數(shù)；所述人體模型算法依次包括頭部判決、軀體判決。
在上述的技術(shù)方案中，人體模型算法還可以包括下肢判決。裝置本身還可以包括由電池及保護(hù)電路組成的掉電保護(hù)單元。
本發(fā)明同時(shí)提供一種適用于上述裝置的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)方法，每次的統(tǒng)計(jì)循環(huán)包括下面步驟(1)紅外光發(fā)射器在控制單元的控制下實(shí)時(shí)發(fā)送發(fā)射信號(hào)；(2)光電接收器陣列實(shí)時(shí)接收信號(hào)并傳送至判斷單元；(3)判斷單元根據(jù)采集到的信號(hào)，從上向下查找相似頭部的物體，判決是否存在人體頭部，若沒有，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，執(zhí)行下一步驟；(4)判決緊連頭部是否存在物體，若沒有，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步；(5)判決是否存在正下軀體，若不存在，則繼續(xù)判決是否存在彎曲軀體，若不存在彎曲軀體，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步；(6)進(jìn)行軀體體積判決，若不符合，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則判決有人通過，繼續(xù)下一步；(7)根據(jù)各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判決人體通過方向；(8)根據(jù)判決結(jié)果，對(duì)客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。
上述的統(tǒng)計(jì)循環(huán)中的步驟(6)與步驟(7)之間，最好還包括下列步驟(1)判決緊連軀體是否存在物體，若不存在，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步(2)判決下肢是否存在連續(xù)性，若不存在，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，判決有人通過，繼續(xù)下一步。
本發(fā)明相對(duì)傳統(tǒng)客流統(tǒng)計(jì)裝置以及統(tǒng)計(jì)方法而言具有顯著進(jìn)步，包括(1)誤判率低對(duì)于多人同時(shí)進(jìn)入或者多人同時(shí)出去都有良好的判斷效果。
(2)實(shí)時(shí)性好由于光電設(shè)備的反應(yīng)速度快，同時(shí)微處理器的運(yùn)算速度快，所以能夠記錄快速通過的客流量。
(3)方向性可以判決人行走的方向，即可以判斷人是進(jìn)入還是出入。
(4)區(qū)分人與物體本裝置采用的是人體工程學(xué)算法，所以可以區(qū)分人與物體，精確度高，進(jìn)而可以更好的統(tǒng)計(jì)客流量。


圖1為本發(fā)明紅外光電客流裝置原理框圖。
圖2為本發(fā)明的紅外光電客流裝置的控制/判斷單元程序流程圖。
圖3為本發(fā)明采用的人體模型算法判決流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。
本發(fā)明紅外光電客流裝置的原理框圖見圖1。主要由紅外光電發(fā)射器陣列、光電接收器陣列、控制/判斷單元、顯示傳輸單元及掉電保護(hù)單元組成。
紅外光電發(fā)射器陣列由至少兩排紅外光電發(fā)射器構(gòu)成，光電接收器陣列至少由兩排光電接收器構(gòu)成，發(fā)射器陣列和接收器陣列的各個(gè)發(fā)射器和各個(gè)接收器之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。排數(shù)和每排的發(fā)射器或接收器數(shù)目根據(jù)實(shí)際情況確定，本裝置采用兩排、每排16個(gè)(8對(duì))的發(fā)射器和接收器陣列。圖1中，發(fā)射器1a……Na分別與接收器1a……Na一一對(duì)應(yīng)，發(fā)射器1b……Nb分別與接收器1b……Nb一一對(duì)應(yīng)。使用時(shí)，發(fā)射器陣列和接收器陣列分別安裝在門的兩側(cè)，相對(duì)應(yīng)的發(fā)射器陣列和接收器陣列的位置關(guān)系為對(duì)射式。發(fā)射器陣列和接收器陣列安裝在水平方向上對(duì)齊，距離地面1米左右的高度上。
紅外光電發(fā)射器由紅外發(fā)光二極管及觸發(fā)電路組成；紅外光電接收器由紅外集成接收電路組成。發(fā)射器所發(fā)射的紅外線工作頻率由控制/判斷單元輸出信號(hào)決定，所以可以根據(jù)工作環(huán)境的不同選擇不同的紅外線工作頻率。發(fā)射器陣列與接收器陣列的工作距離可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
控制/判斷單元主要由微處理器及其外圍電路構(gòu)成。紅外光發(fā)射器陣列在控制單元的控制下發(fā)送發(fā)射信號(hào)。判斷單元采集光電接收器陣列所收到的信號(hào)并進(jìn)行處理，根據(jù)人體工程學(xué)算法區(qū)分人與物體，從而判決是否有人通過，人通過的方向(是入還是出)；當(dāng)多人同時(shí)通過時(shí)，判決通過人的個(gè)數(shù)?？刂?判斷單元主要由軟件來實(shí)現(xiàn)，控制/判斷程序燒寫在微處理器中。
顯示傳輸單元是由顯示裝置及RS485通信串口(或RS232通信串口)組成。顯示裝置是用來顯示統(tǒng)計(jì)出來的客流量等數(shù)據(jù)。RS485通信串口可以把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳送給其他裝置。
掉電保護(hù)單元主要由電池及保護(hù)電路組成。當(dāng)電源供電不穩(wěn)定或出現(xiàn)問題時(shí)，掉電保護(hù)單元可以自動(dòng)切換到電池供電模式，防止統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)丟失。
本發(fā)明實(shí)施例中的光電傳感器采用對(duì)射方式，實(shí)際上，也可以反射方式。
圖2為紅外光電客流裝置控制和判斷單元程序框圖。在紅外光電客流裝置工作過程中，發(fā)射器陣列一直發(fā)送信號(hào)。所有各路的工作方式是相同的，接收器陣列處在接收狀態(tài)。圖2中的方向判決與檢驗(yàn)人通過判決是本系統(tǒng)的重點(diǎn)。
A、方向的判決是根據(jù)人通過系統(tǒng)時(shí)，各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判斷人體通過方向，換句話說，是根據(jù)對(duì)紅外光遮擋的順序來判定的。本系統(tǒng)采用了進(jìn)入和離開系統(tǒng)方向雙判決，并要求兩個(gè)方向一致，才計(jì)數(shù)。方向雙判決可以防止人在客流系統(tǒng)判決處停下來，前后晃動(dòng)而造成的多次計(jì)數(shù)；也可以防止多人同時(shí)通過時(shí)，紅外光遮擋順序混亂而造成的計(jì)數(shù)誤差。
B、檢驗(yàn)人通過的判決是由人體模型算法來實(shí)現(xiàn)的(圖3)，人體模型算法有三部分組成分別為頭部判決，軀體判決，下肢判決。
頭部判決是人體模型算法的核心，因?yàn)槎鄠€(gè)人同時(shí)走路時(shí)，身體的各部分都可能相互接觸，但人的頭部在走路時(shí)是很難接觸到一起的，所以本系統(tǒng)采用的人體模型算法是從人頭部判決開始的。頭部判決算法首先從上向下尋找與頭部相似的物體；當(dāng)找到相似物體后，進(jìn)行頭部判決。判決條件是大于r，并小于R的近似球體(r與R值可以自行設(shè)定)。
軀體判決是人體模型算法重要判決條件。軀體判決主要有兩部分組成分別是正下軀體判決和彎曲軀體判決。人走路的時(shí)候大多數(shù)是軀體在頭部的正下方，但通過試驗(yàn)證明還有很少一部分人走路時(shí)身體是前傾或后仰，所以軀體判決分兩部分進(jìn)行。軀體判決算法是從緊密連接頭部下部的物體開始的，軀體判決的條件是與頭部緊密連接，形狀近似長(zhǎng)方體(正下軀體判決)或彎曲狀(彎曲軀體判決)，占有一定的體積空間。
下肢判決是人體模型算法補(bǔ)充判決條件。因?yàn)槿松眢w的高矮、胖瘦、肢體健全、走路特點(diǎn)等因素不同，所以下肢的判決產(chǎn)生了難度。本系統(tǒng)采用的是單下肢判決方式，即檢測(cè)到有一條腿就可以。下肢判決是從緊連軀體下面的物體開始的，到地面以上L厘米(L的距離可以自行設(shè)定)，并切下肢應(yīng)是連續(xù)的。
頭部判決與軀體判決作為人體模型算法的主要判決條件，下肢判決作為補(bǔ)充條件，只有在要求精度很高的條件下才采用。
權(quán)利要求
1.一種基于人體模型的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，包括紅外光電發(fā)射器陣列和光電接收器陣列、控制/判斷單元，其特征在于，兩個(gè)陣列的發(fā)射器和接收器之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；所述控制/判斷單元由微處理器及其外圍電路構(gòu)成，控制所述紅外光電發(fā)射器陣列發(fā)射信號(hào)，并對(duì)通過光電接收器陣列所采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)人體模型學(xué)算法區(qū)分人與物體，判決是否有人通過，根據(jù)各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判斷人體通過方向；當(dāng)多人同時(shí)通過時(shí)，判決通過人的個(gè)數(shù)；所述人體模型算法依次包括頭部判決、軀體判決。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，其特征在于，所述人體模型算法還包括下肢判決。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，其特征在于，所述裝置還包括由電池及保護(hù)電路組成的掉電保護(hù)單元。
4.一種權(quán)利要求1所述裝置采用的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)方法，其特征在于，每次統(tǒng)計(jì)循環(huán)包括下列步驟(1)紅外光發(fā)射器在控制單元的控制下實(shí)時(shí)發(fā)送發(fā)射信號(hào)；(2)光電接收器陣列實(shí)時(shí)接收信號(hào)并傳送至判斷單元；(3)判斷單元根據(jù)采集到的信號(hào)，從上向下查找相似頭部的物體，判決是否存在人體頭部，若沒有，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，執(zhí)行下一步驟(4)判決緊連頭部是否存在物體，若沒有，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步；(5)判決是否存在正下軀體，若不存在，則繼續(xù)判決是否存在彎曲軀體，若不存在彎曲軀體，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步；(6)進(jìn)行軀體體積判決，若不符合，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則判決有人通過，繼續(xù)下一步；(7)根據(jù)各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判決人體通過方向；(8)根據(jù)判決結(jié)果，對(duì)客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)方法，其特征在于，其中的步驟(6)之后，步驟(7)之前，還包括下列步驟(1)判決緊連軀體是否存在物體，若不存在，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，繼續(xù)下一步；(2)判決下肢是否存在連續(xù)性，若不存在，則判決無人通過，結(jié)束本次統(tǒng)計(jì)循環(huán)，否則，判決有人通過，繼續(xù)下一步。
全文摘要
本發(fā)明屬于自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于人體模型的紅外光電客流統(tǒng)計(jì)裝置，包括紅外光電發(fā)射器陣列和光電接收器陣列、控制/判斷單元，兩個(gè)陣列的發(fā)射器和接收器之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；控制/判斷單元由微處理器及其外圍電路構(gòu)成，控制所述紅外光電發(fā)射器陣列發(fā)射信號(hào)，并對(duì)通過光電接收器陣列所采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)人體模型學(xué)算法區(qū)分人與物體，判決是否有人通過，根據(jù)各排光電接收陣列接收紅外光的順序，判斷人體通過方向；當(dāng)多人同時(shí)通過時(shí)，判決通過人的個(gè)數(shù)；人體模型算法依次包括頭部判決、軀體判決。本發(fā)明同時(shí)提供一種此裝置采用的客流統(tǒng)計(jì)方法。本發(fā)明提供的客流統(tǒng)計(jì)裝置和方法，具有價(jià)格低、精度高、誤判率低、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06M1/272GK1971628SQ20061012963
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者楊嘉琛, 侯春萍, 沈麗麗, 梁瓊, 馬越賢 申請(qǐng)人:天津大學(xué)