一种风景区内游客步行桥超员预警方法

摘要

本发明公开了一种风景区内游客步行桥超员预警方法，其特征是：包括监控摄像头，视频采集卡，监控主机，显示器，报警音箱，运行在监控主机所采用的人数估计方法，所述的监控摄像头为安装在步行桥一侧的监控摄像头，所述的监控主机上运行着人数估计的代码模块，图像经过图像采集模块、图像分割模块、图像滤波模块、人数估计模块进行处理，通过显示及报警模块进行显示。该方法能够为风景区内游客步行桥超员预警提供低成本高可靠性的解决方法。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉监控技术领域，具体涉及用于风景区内游客步行桥的人数监控及超员预警。

背景技术

风景区内游客步行桥是风景区内非常常见的旅游景点，但其存在超员的安全隐患。目前现有的人数监控或预警方法主要采用在入口和出口架设计数装置，例如脚踏式传感器、闸机或者红外线传感器等装置，但这些装置在室外容易遭受风吹雨淋等自然侵蚀，从而使该装置失效，另外游客通常成群而来，这些设备也会干扰游客。

人数估计是计算机视觉领域的一个比较成熟的方法，本发明通过将群体数量估计引入到游客步行桥的超员预警中，结合背景减除以及伽波滤波器(Gabor滤波器)进行预处理，从而提供了一种低成本高可靠性的超员预警方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服在步行桥的入口出口处加装技术设备而产生的设备损耗及对游客的干扰，而提出的一种基于人数估计的针对于风景区内游客步行桥的超员预警方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风景区内游客步行桥超员预警方法，包括图像采集模块，图像分割模块，图像滤波模块，人数估计模块，显示及报警模块：所述的图像采集模块采用监控摄像头将采集到的图像传递给图像分割模块：所述的分割模块将接收到图像背景消除后传递给图像滤波模块；所述的图像滤波模块使用伽波滤波器对图像进行滤波，从而消除图像中的无用信息及噪声，并将滤波所得图像传递给人数估计模块；所述的人数估计模块对人群数量进行估计，将结果传递给显示及报警模块；所述的显示及报警模块将根据所接收到的人数估计结果进行显示，并在人数超员时进行报警。

所述的一种风景区内游客步行桥超员预警方法，所需的设备包括监控摄像机，视频采集卡，监控主机，显示器和报警音箱构成；所述的监控摄像机安放在桥身一侧，距离步行桥为半个桥身长，并将监控摄像机监控区域的中心点正对步行桥的中心点；所述的监控摄像机需要通过其自身的BNC接口，通过一根超长的BNC连接线，连接到视频采集卡所对应的BNC接口上；所述的视频采集卡通过PCI接口连接在监控主机上，使监控主机能够读取监控摄像头所采集到的视频信号；所述的显示器通过VGA接口(或DVI接口，视监控主机所提供的接口而定)与监控主机进行连接；所述的报警音箱通过3.5毫米插头的音频接口与监控主机的3.5毫米音频接口连接，用于报警时发出声音。

所述的图像采集模块包括监控摄像机，视频采集卡以及视频采集卡所自带的驱动程序；所述的图像采集模块用于获取监控图像，并将监控图像传递给图像分割模块，由于步行桥上的人数在每秒钟内变化不大，因此可以将图像采集间隔设成1秒以上，从而降低系统负载。

所述的图像分割模块为运行在监控主机上的一个程序模块，该模块接收图像采集模块所传递的图像，并将图像的背景清除，即设为黑色；在安装调试的时候，所述的图像分割模块在显示器上显示当前监控图像，提示用户用鼠标沿步行桥的边缘画出一条封闭的曲线，从而使得封闭区域内为步行桥的前景，封闭区域外为步行桥的背景，并依据前景背景的信息，构建一个掩码矩阵M，M矩阵的维度与所采集到的维度相同，并将前景区域所对应的矩阵M的区域内的矩阵元素值设为1，将位于背景区域所对应的矩阵M的区域内的矩阵元素设为0，若用户对该分割结果不满，该过程可以随时从新运行；在系统运行的时候，所述的图像分割模块将图像采集模块传送过来的每一张图像X与矩阵M中所对应的元素相乘，即X′(i，j)=X(i，j)×M(i，j)，其中X′为处理后的图像，X′(i，j)、X(i，j)、M(i，j)分别为矩阵X′、X、M的第i行第j列的像素值。

所述的图像滤波模块为运行在监控主机上的一个程序模块，该模块采用伽波滤波器(Gabor滤波器)对图像分割模块传入的图像进行滤波，从而消除掉图像中无用的信息及噪音，保留有用的信息，并将滤波结果传递给人数估计模块。

所述的人数估计模块为运行在监控主机上的一个程序模块，该模块对经过滤波后的图像进行人数估计，由于现有技术很难获得一个精确的人数值，因此，本方法仅提供四个等级的人数估计值，设该桥的额定人数为n人，则当人数小于10％×n人时，为人数较少、当人数在10％×n人与60％×n人之间时为人数适中、当人数在60％×n人与80％×n人之间时为人数较多、当人数大于80％×n人时为人数超员，为了安全起见，本系统设定当人数接近80％的额定人数时就进行报警，从而降低了系统的误判造成的实际超员的风险。

所述的人数估计模块的实现分为两个过程，第一个过程是运行在安装调试时的参数初始化过程，第二个过程为运行在日常监控的人数估计过程；在安装调试的时候，所述的参数初始化过程需要首先采集四种不同级别的视频样例，每段视频长度大概为10分钟，由人工标出该段视频中的人数所属的级别，分别标记为：人数较少、人数适中、人数较多和人数超员；所述的参数初始化过程选择最小二乘法支持向量机，将四段带标记的视频作为输入进行参数学习，将学习的结果作为所述的人数估计过程的参数；所述的人数估计过程，人数估计模块将接收到的图像作为输入，使用已经完成参数初始化的分类器进行分类，将当前的图像分类到人数较少、人数适中、人数较多和人数超员这四类中的某一类，并将分类结果传递给显示及报警模块。

所述的显示及报警模块包括显示器，报警音箱以及运行在监控主机上的程序模块；所述的显示及报警模块在接收到人数估计模块所提供的分类结果后，将识别结果实时的显示在屏幕中，若识别结果为人数超员，则需要将“人数超员”这四个字显示在屏幕中并闪烁，并且通过报警音箱进行报警。

所述的伽波滤波器的使用以及所述的最小二乘法支持向量机的使用方法，详见：期刊Journal ofComputational Information Systems，2011年第7卷第11刊，3754-3763页：论文名字：People NumberEstimation in the Crowded Scenes Using Texture Analysis Based on Gabor Filter.

本发明的有益效果是，通过单个摄像头在远离步行桥处进行监控，能够有效的避免风雨等自然现象的侵蚀，并且不妨碍游客；通过将背景减除以及使用伽波滤波器可以有效的除去无用信息及噪音，提高人数估计的准确率，降低系统的误报和漏报率。

附图说明

图1是本发明的系统硬件构成示意图

图2是本发明的摄像头安放位置示意图

图3是本发明整体的功能模块及其相互关系框图

图4是本发明整体的功能流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1为使用本发明监控游客步行桥的人数情况，当人数超过额定人数的80％的时候进行报警，请参阅图1，是本发明的系统硬件构成示意图；

图1所示，1是监控摄像机，2是视频采集卡，3是监控主机，4是显示器，5是报警音箱。

监控摄像头的具体安放位置请参阅图2.

本系统共由5个程序模块构成，请参阅图3和图4，分别是本发明整体的功能模块及其相互关系框图，以及本发明整体的功能流程图，包括步骤：

步骤1，图像采集模块通过监控摄像头采集图像信息；

该步骤中，监控摄像头用于采集图像信息，并通过视频采集卡传递给运行在监控主机上的图像分割模块；注意到步行桥的人流速度在1秒内变化不大，为了降低系统负载，本实施例中设定监控摄像头每秒钟采集一张图像并将该图像传递给图像分割模块。

步骤2，图像分割模块将图像的背景区域的灰度值设为0；

该步骤中，图像分割模块将所得到的图像X与保存着前景背景信息的矩阵M做对应元素相乘运算，从而将背景区域的灰度值设为0，而前景区域的灰度值保持不变；将处理后的图像传递给图像滤波模块。

步骤3，图像滤波模块对图像进行滤波；

该步骤中，图像滤波模块采用伽波滤波器进行滤波，将滤波后所得的图像传递给人数估计模块。

步骤4，人数估计模块对所得的滤波后的图像进行分类；

该步骤中，人数估计模块使用最小二乘法支持向量机对所得的滤波后的图像进行分类，以判断当前图像分别属于如下四类中的某一类：人数较少，人数适中，人数较多，人数超员。将分类结果传递给显示及报警模块。

步骤5，显示及报警模块依据分类结果进行显示或报警；

该步骤中，显示及报警模块依据当前分类结果，分别在显示器上显示如下汉字“人数较少，人数适中，人数较多，人数超员”。若识别结果为人数超员，则需要报警，报警方式为在屏幕上显示红色的“人数超员”四个汉字并闪烁，报警音箱发出缓慢的报警音。