CN110490110A - 基于人体工程学特征检测的客流计数装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了基于人体工程学特征检测的客流计数装置及方法，包括：壳体，所述壳体安装在被检测区域的正上方；所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器与若干个距离检测传感器连接；所有的距离检测传感器在壳体内成一字型排列；所有的距离检测传感器同时向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

Description

基于人体工程学特征检测的客流计数装置及方法

技术领域

本公开涉及客流计数技术领域，特别是涉及基于人体工程学特征检测的客流计数装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

目前，在各种场所客流计数主要有红外对射式、重力感应式、图像识别式、闸机式。分别比较如下：

红外对射式是利用人体阻断红外对射的光线来达到计数的目的，此方式主要存在当人体的肢体空隙较大时，会重复计数，当前后人体有接触时，会减少计数，所以准确率很低。

重力感应式是利用把人与容器(如车厢)一起称重的方式来估算计数，由于人的体重千差万别，如50KG的人与100KG的人在一起时，误差非常大，而且由于传感器安装在车辆的悬挂***上，平时承受十多吨的重量，传感器极易损坏。

图像识别式是通过摄像机采集图像，利用图像识别技术对灰度图像(黑白图像)进行分析识别，所以当背景光线变化较大时，检测精度受环境光影响误差很大，尤其是车载时，由于车辆到处移动的特点，背景光忽明忽暗，出错率较高。而当多人同时通过检测区时，由于拥挤而产生的肢体接触和人体遮挡会造成计数不准。另外由于是对图像进行识别处理，所需资源较多，设备成本较高。

闸机式是利用一次只通一人的模式来进行计数的，主要用在车站等建筑物内，无法车载。存在设备复杂，成本很高，通过速度慢的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于人体工程学特征检测的客流计数装置及方法；

第一方面，本公开提供了基于人体工程学特征检测的客流计数装置；

基于人体工程学特征检测的客流计数装置，包括：

壳体，所述壳体安装在被检测区域的正上方；

所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器与若干个距离检测传感器连接；所有的距离检测传感器在壳体内成一字型排列；

所有的距离检测传感器同时向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

第二方面，本公开还提供了基于人体工程学特征检测的客流计数方法；

基于人体工程学特征检测的客流计数方法，包括：

客流计数装置的所有的距离检测传感器向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1)准确:采用了距离测量传感器进行人体工程学特征进行3D扫描检测，是竖直方向上对于无法遮挡的人体头部和肩部区域进行3D扫描检测，而非现在通用的基于视频图像二维处理技术，可以有效解决图像识别中的前后遮挡问题和背景光干扰问题，准确率可以达到99％以上，远超现有的同类设备的50％--70％左右的准确率。

2)可靠：采用3D投影拟合曲线算法，通过先进的传感器组合技术及各种算法模型，所以可以识别、处理各种非正常通过时的数据，解决原有的计数器在多人拥挤通过时准确率极低，解决拥挤状态下多人同时通过计数不准的问题。可靠性有了很大提高。

3)无感检测：采用无感检测的模式，保证客流的通过的时效性，大大提高了被检测区域的通行效率。

4)成本低：在提高准确率的同时，大大降低了成本，仅为现有设备的50％左右。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为第一个实施例的硬件连接关系示意图；

图2(a)为第一个实施例的前后方向的模型曲线图；

图2(b)为第一个实施例的左右方向的模型曲线图；

图2(c)为第一个实施例的人体通过时前后方向投影算法拟合的曲线图；

图2(d)为第一个实施例的人体通过时左右方向投影算法拟合的曲线图；

图3(a)为第一个实施例的单人通过时的数组；

图3(b)为第一个实施例的单人通过时的拟合曲线；

图3(c)为第一个实施例的单人通过时的拟合曲线；

图4(a)为第一个实施例的双人并排通过时的数组；

图4(b)为第一个实施例的双人并排通过时的拟合曲线；

图4(c)为第一个实施例的双人并排通过时的拟合曲线。

图5(a)为第一个实施例的双人前后通过时的数组；

图5(b)为第一个实施例的双人前后通过时的拟合曲线；

图5(c)为第一个实施例的双人前后通过时的拟合曲线；

图6为人体投影结果示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

通过研究表明，人体最明显的特征就是所谓的“两个肩膀扛一个脑袋”，利用人体特有的头和两个肩膀构成工程学与汉字“凸”相近的特征形状进行3D扫描检测，而且人体在拥挤时，身体其它部位都可能会因为接触而联为一体，而头部和肩膀以上部分所构成的区域是不可能和别人接触的，且在竖直方向上也不会被遮挡，所以具有可以识别的通用性。对头部和肩膀以上部分所构成的区域采集数据，把通过传感器3D扫描采集的数据组分别在前后方向(注：本实施例所描述的前后方向是指与被检测人体两个肩膀形成的直线成垂直的方向，下同)和左右方向(注：左右方向是指与被检测人体两个肩膀形成的直线平行的方向，下同)进行投影算法，拟合成3D曲线，与原有的数学模型曲线进行比对，从而达到计数的目的。

由于此装置采用的距离检测传感器不受环境光的影响，且在人体上方检测，不受多人互相遮挡影响，因此可能效的克服上述计数器存在的缺陷。具有计数准确、适合多种场所、不受环境影响、无感检测、通过速度快的特点。可以有效解决以前计数设备效率低下、计数准确率不高的问题，准确率可以达到99％以上。

实施例一，本实施例提供了基于人体工程学特征检测的客流计数装置；

基于人体工程学特征检测的客流计数装置，包括：

壳体，所述壳体安装在被检测区域的正上方；

所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器与若干个距离检测传感器连接；所有的距离检测传感器在壳体内成一字型排列；

所有的距离检测传感器同时向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

进一步地，如图1所示，所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器MCU通过A/D转换电路和连接接口电路与距离检测传感器连接；所述控制器MCU与4G无线通讯模块连接，所述A/D转换电路、控制器MCU和4G无线通讯模块均与电源电路连接。

应理解的，所述距离检测传感器，包括以下传感器的一种或多种：超声波测距传感器、雷达测距传感器、激光测距传感器、红外测距传感器、声纳测距传感器或图像测距传感器。

进一步地，所述客流计数装置，安装在公交车下客门正上方或上客门的正上方。因为公交车空间有限，所以传感器在壳体内成一字型排列有效节省检测空间。

进一步地，所述距离检测传感器的间距在0-15厘米之间。

作为一个或多个实施例，所述距离检测传感器，包括发送单元和接收单元。

作为一个或多个实施例，将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数；具体步骤包括：

根据接收的反馈信号，计算当前检测幕帘中的待检测物体的二维轮廓曲线；

累积待检测物体的所有二维轮廓曲线，得到待检测物体的三维轮廓曲线；

将待检测物体的三维轮廓曲线与预设的人体三维轮廓曲线进行比对，如果轮廓边界之差小于设定阈值，则表示当前待检测物体为人体，计数加一；如果轮廓边界之差大于设定阈值，则表示当前待检测物体为非人体。

人体轮廓曲线为仅仅考虑人体的头部和肩膀共同形成的“凸”字区域的3D轮廓曲线。

下面是举例说明，控制器获取的检测数据组，每横向一行为一帧数据，多帧数据构成一个数据组，下面加粗和倾斜的数据是人体通过检测区时的有效数据：

如上所示，第1、2帧为正常扫描数据，无人通过。从第3帧表示有人开始通过，第12帧表示通过结束。对第3帧到第12帧有效数据分别进行前后方向的投影，会得到前后方向的曲线，左右方向数据投影会得到左右方向的曲线。与原有的模型曲线进行比对，就会得到一个有效的曲线，前后、左右方向上获取的有效曲线再分别进行与运算，获得正确的计数。

图2(a)为第一个实施例的前后方向的模型曲线图；图2(b)为第一个实施例的左右方向的模型曲线图；图2(c)为第一个实施例的人体通过时前后方向投影算法拟合的曲线图；图2(d)为第一个实施例的人体通过时左右方向投影算法拟合的曲线图。

图3(a)为第一个实施例的单人通过时的数组；图3(b)为第一个实施例的单人通过时的拟合曲线；图3(c)为第一个实施例的单人通过时的拟合曲线。

图4(a)为第一个实施例的双人并排通过时的数组；图4(b)为第一个实施例的双人并排通过时的拟合曲线；图4(c)为第一个实施例的双人并排通过时的拟合曲线。

图5(a)为第一个实施例的双人前后通过时的数组；图5(b)为第一个实施例的双人前后通过时的拟合曲线；图5(c)为第一个实施例的双人前后通过时的拟合曲线。

图6为人体投影结果示意图。

由于算法是3D拟合模式，所以拟合曲线的前后轴向是在360度内任一角度方向均可拟合，左右方向的轴向与前后轴向始终在保持90度的角度，(当人体侧身、斜身通过时，其投影的轴心方向也会发生改变，但经投影算法拟合的曲线是不变的，所以只要拟合的曲线同时符合前后与左右的任何一种曲线模型就会确认计数。

设置控制器的参数控制各个检测传感器在特定的周期内检测，使数据组既能满足相应的算法需求，又大大降低算法的资源需求，达到轻量化设计，有效降低成本，既适合固定场所使用，也适应移动场所使用。

实施例二，本实施例还提供了基于人体工程学特征检测的客流计数方法；

基于人体工程学特征检测的客流计数方法，包括：

客流计数装置的所有的距离检测传感器向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

进一步地，所述客流计数装置，安装在公交车下客门正上方或上客门的正上方。因为公交车空间有限，所以传感器在壳体内成一字型排列有效节省检测空间。

作为一个或多个实施例，将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数；具体步骤包括：

根据接收的反馈信号，计算当前检测幕帘中的待检测物体的二维轮廓曲线；

累积待检测物体的所有二维轮廓曲线，得到待检测物体的三维轮廓曲线；

将待检测物体的三维轮廓曲线与预设的人体三维轮廓曲线进行比对，如果轮廓边界之差小于设定阈值，则表示当前待检测物体为人体，计数加一；如果轮廓边界之差大于设定阈值，则表示当前待检测物体为非人体。

人体轮廓曲线为仅仅考虑人体的头部和肩膀共同形成的“凸”字区域的3D轮廓曲线。

3D拟合算法的计算方法为：

(1)左右投影时采取每行数据取最大值的方法，所以每一行会留下一个最大值，去重后，形成左右投影的原始数据组。前后投影时采取每列数据取最大值的方法，所以每一列会留下一个最大值Dn，去重后形成前后投影的原始数据组。

(2)3D曲线拟合时，采用取相对值的方法来计算，计算公式为：

Mn＝(Dn-Dmin)/(Dmax-Dmin)

其中Mn为曲线上的点，Dn为投影算法后形成的数据组内的每一个数据，Dmax为数据组中的最大值，Dmin为数据组中的最小值。将依次获得的Mn值放入坐标轴，就会得到3D拟合的投影曲线C，前后方向为Ca，左右方向为Cb，只要起始点或终点在0～0.5之间，高点在0.5～1之间，与预设人体的曲线模组进行比对，就会获得有效3D拟合曲线。

(3)前后方向Ca、左右方向Cb有效曲线再分别进行与运算，就可以得到准确的计数N。公式为：N＝Ca﹒Cb

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于人体工程学特征检测的客流计数装置，其特征是，包括：

壳体，所述壳体安装在被检测区域的正上方；

所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器与若干个距离检测传感器连接；所有的距离检测传感器在壳体内成一字型排列；

所有的距离检测传感器同时向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述壳体内部设有电路板，所述电路板上安装控制器，所述控制器MCU通过A/D转换电路和连接接口电路与距离检测传感器连接；所述控制器MCU与4G无线通讯模块连接，所述A/D转换电路、控制器MCU和4G无线通讯模块均与电源电路连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述距离检测传感器，包括以下传感器的一种或多种：超声波测距传感器、雷达测距传感器、激光测距传感器、红外测距传感器、声纳测距传感器或图像测距传感器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述客流计数装置，安装在公交车下客门正上方或上客门的正上方。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述距离检测传感器的间距在0-15厘米之间。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述距离检测传感器，包括发送单元和接收单元。

7.如权利要求1所述的装置，其特征是，将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数；具体步骤包括：

根据接收的反馈信号，计算当前检测幕帘中的待检测物体的二维轮廓曲线；

累积待检测物体的所有二维轮廓曲线，得到待检测物体的三维轮廓曲线；

将待检测物体的三维轮廓曲线与预设的人体三维轮廓曲线进行比对，如果轮廓边界之差小于设定阈值，则表示当前待检测物体为人体，计数加一；如果轮廓边界之差大于设定阈值，则表示当前待检测物体为非人体。

8.如权利要求1所述的装置，其特征是，人体轮廓曲线为仅仅考虑人体的头部和肩膀共同形成的“凸”字区域的3D轮廓曲线。

9.基于人体工程学特征检测的客流计数方法，其特征是，包括：

客流计数装置的所有的距离检测传感器向被检测区域投射检测信号；所有投射的检测信号，共同形成一个检测幕帘；同时，所有的距离检测传感器接收反馈信号；将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数，输出客流计数结果。

10.如权利要求9所述的方法，其特征是，将接收的反馈信号传输给控制器，控制器根据人体头肩部位的设定轮廓曲线对反馈信号进行客流计数；具体步骤包括：

根据接收的反馈信号，计算当前检测幕帘中的待检测物体的二维轮廓曲线；

累积待检测物体的所有二维轮廓曲线，得到待检测物体的三维轮廓曲线；

将待检测物体的三维轮廓曲线与预设的人体三维轮廓曲线进行比对，如果轮廓边界之差小于设定阈值，则表示当前待检测物体为人体，计数加一；如果轮廓边界之差大于设定阈值，则表示当前待检测物体为非人体。