圖像識別在重要地段客流量統(tǒng)計分析中的應(yīng)用

盧穎斌，符琳

（廣西壯族自治區(qū)公安廳）

圖像識別在重要地段客流量統(tǒng)計分析中的應(yīng)用

盧穎斌，符琳

（廣西壯族自治區(qū)公安廳）

論文介紹一種在常見視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，對原有系統(tǒng)加裝“圖像識別”軟件，使之?dāng)U展成為“重要地段客流量統(tǒng)計”功能，且不影響其原有功能的系統(tǒng)。新系統(tǒng)有著造價低、實時統(tǒng)計、準(zhǔn)確率高和對原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不進(jìn)行變動等特點。

圖像識別；客流量統(tǒng)計

1 引言

在一些重要地段、出入口、車站、碼頭以及商場，對實時的“客流量統(tǒng)計”越發(fā)顯得重要，首先，客流量達(dá)到該地段（地域）的飽和值時，如不加以限制和采取分流，極易產(chǎn)生安全事故，這種例子在媒體中不乏報道；其次，客流量的精確統(tǒng)計十分有助于了解和掌握商業(yè)信息。雖然，對這種信息的統(tǒng)計很早就有人開始做了，但由于社會飛速發(fā)展，以前使用的手段已經(jīng)不適用或不夠準(zhǔn)確、快速，因而逐步被新手段、新方法所替代。

近年來，隨著計算機信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機圖像處理、識別技術(shù)日益成熟，視頻分析技術(shù)作為客流量統(tǒng)計手段開始嶄露頭角，因其優(yōu)越的性能、精確的統(tǒng)計結(jié)果、簡單的安裝實現(xiàn)方式以及低廉的成本等特性，正逐步替代傳統(tǒng)的統(tǒng)計手段。

2 硬件基礎(chǔ)描述

本系統(tǒng)在原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過在人流出入口正上方安裝向下俯視的攝像頭和在后臺增加智能視頻分析服務(wù)器，以實現(xiàn)出入口的客流量統(tǒng)計功能。本系統(tǒng)在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上融入智能分析技術(shù)，不更改原有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，支持多種前端設(shè)備。統(tǒng)計結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，方便其他系統(tǒng)的集成，也可按需求提供查詢接口。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示）。

3.2 軟件功能

系統(tǒng)采用集中式分析的方法，前端攝像頭只負(fù)責(zé)視頻采集，采集到的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_視頻分析服務(wù)器中進(jìn)行統(tǒng)一分析，分析結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。用戶可靈活設(shè)置每次統(tǒng)計數(shù)據(jù)的時間跨度。管理平臺可對系統(tǒng)做各項參數(shù)配置，同時對分析結(jié)果做分析統(tǒng)計，形成相應(yīng)報表，給用戶提供直觀的決策依據(jù)。

圖 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 攝像機安裝方式

出入口類型可分為出入通道口和樓梯（扶梯）通道口兩種；門口類型的，可在門口內(nèi)測或外側(cè)正上方安裝1～2個攝像機；而樓梯類型的，由于每個樓梯兩旁還有向上和向下的自動扶梯，故需要安裝3個攝像頭，中間樓梯中部正上方安裝1個，兩個自動扶梯上部或下部的位置正上方各安裝1個。

3.4 硬件選型依據(jù)

1) 攝像機

本系統(tǒng)只需對客流量進(jìn)行統(tǒng)計，不需要識別更多人物特征信息，因此對攝像頭的清晰度和分辨率并沒有特別苛刻的要求；高分辨率的圖像數(shù)據(jù)反而會對后臺分析服務(wù)器造成更大的壓力。選擇普通的720p攝像頭即可。

2) 視頻分析服務(wù)器

視頻分析服務(wù)器負(fù)責(zé)對前端攝像機采集傳輸過來的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并做智能分析。這是一項非常占用CPU資源的操作，因此對CPU的要求較高，應(yīng)盡可能選擇市面流行的高檔次CPU。CPU的能力決定了每臺分析服務(wù)器可以同時分析視頻信號的路數(shù)，若想降低硬件成本，減少分析服務(wù)器的數(shù)量，就需要選擇性能更強的服務(wù)器。

3) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要保存系統(tǒng)的配置參數(shù)和視頻分析服務(wù)器的分析結(jié)果，單單就本系統(tǒng)而言，并發(fā)訪問數(shù)量不大，一般配置即可；如果還需要為其他平臺提供訪問，可根據(jù)訪問量提高配置。

4) 錄像存儲

盡量利用已有的存儲系統(tǒng)，如果它沒留有余量，再考慮增加存儲設(shè)備。

5) 管理平臺

用普通PC機安裝管理軟件，通過局域網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，即可完成各種管理操作，管理平臺通過調(diào)用服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，可以實時顯示出各個通道的客流量情況。

4 圖像識別及統(tǒng)計方法

計算機圖像識別，是指利用計算機對圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標(biāo)和對像的技術(shù)。計算機圖像識別是人工智能的一個重要領(lǐng)域，其識別過程就是一個“模板匹配過程”。要識別某個“圖像”，須有“模板”，把圖像與計算機中存儲的眾多模版進(jìn)行比對，并找出與圖像最接近的那個模版，這就完成了識別過程。例如，在人數(shù)統(tǒng)計中，攝像頭在人頭頂上方攝取圖像，一幀視頻圖像中會出現(xiàn)人員頭部、行李物件以及周邊環(huán)境，計算機通過對比預(yù)先存儲“模版”，找出人員頭部圖像并進(jìn)行統(tǒng)計，得出一幅圖像中人員頭部的數(shù)量。這就是計算機視頻圖像統(tǒng)計客流量的基本原理。為了提高統(tǒng)計正確率，計算機還要對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像去干擾、圖像幀分割、圖像背景分離、圖像畫面分割、虛假對象過濾以及運動物體（人）識別等工作。由于視頻是活動的圖像，需要按幀截取視頻圖像。幀圖像之間可能有重疊部分，需要分析裁剪，再從中統(tǒng)計幀人數(shù)，每秒截圖幀中總?cè)藬?shù)即為當(dāng)時的客流量數(shù)。

在地段（通道）采集到的人流圖像中，一般會有以下3種情況：人員按照一個方向流動；人員流動方向為兩個；流動方向無規(guī)律。對第一種情況的客流量統(tǒng)計，上面大致已經(jīng)分析過，是比較容易識別和統(tǒng)計的，得出的數(shù)據(jù)也相對準(zhǔn)確。第二種情況，稍微復(fù)雜一些，在首先判斷人員流動方向?qū)匐p向流動后，取得一幀圖像，標(biāo)記圖像中人頭特征，再取得后一幀圖像，同樣標(biāo)記圖像中人頭特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行兩幀圖像比對，得出圖像中人員“進(jìn)出”兩個方向的流動數(shù)據(jù)；第二幅圖像選取范圍需要比第一幅圖像面積稍大，目的是不讓人員因流動而遺失人頭特征數(shù)據(jù)，也許第二幅圖像中會出現(xiàn)新的特征人頭數(shù)據(jù)，這需要在完成第二幅數(shù)據(jù)采集后，對第二幅圖像進(jìn)行“刪除舊特征數(shù)據(jù)”處理得到“第二幅次圖像”（此圖像需要保留且和后面第二輪圖像采集的數(shù)據(jù)對比）。至此完成第一輪客流量的數(shù)據(jù)采集，隨后進(jìn)行第二輪數(shù)據(jù)采集。這里值得注意的是：第二輪數(shù)據(jù)采集需要增加“第二幅次圖像”與第二輪第一幅圖像對比數(shù)據(jù)，以保證客流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第三種情況下，說明人員流動處于無序狀態(tài)，不進(jìn)行客流量統(tǒng)計，如果這種情況發(fā)生在出入口，需要進(jìn)行“報警”告知相關(guān)管理人員。

通過以上分析，客流量統(tǒng)計是否準(zhǔn)確，關(guān)鍵在于人頭識別率是否準(zhǔn)確。影響準(zhǔn)確率的因素有：圖像傳輸質(zhì)量是否良好，幀圖像清晰程度，圖像分割是否適宜，與人頭外形相似物體是否可識別，人員流動方向是否一致，圖像識別軟件算法是否科學(xué)等。為了更加準(zhǔn)確地得到流量數(shù)據(jù)，還可以采取如下方法：一通道中，變角度、多攝像頭同時采集圖像，同時統(tǒng)計出數(shù)據(jù)，然后取平均數(shù)。這樣得到的數(shù)據(jù)比一攝像頭采集到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。但這種“多機并行”的方法會增加系統(tǒng)硬件成本。

表1 系統(tǒng)硬件清單

5 某火車站應(yīng)用實例

表1以部署1臺分析服務(wù)器分析12路為例子，列出系統(tǒng)的軟硬件清單。

以扶梯類型的出入口為例，每個出入口需安裝3個攝像頭，1個分析服務(wù)器就可以負(fù)責(zé)4個出入口的人流量統(tǒng)計，平均每個出入口大概投入2萬元左右。如果以門口類型的出入口為例，由于所需安裝的攝像頭數(shù)量更少，平均每個出入口投入不到1萬元。

6 結(jié)束語

本文給出的方案適用于車站、碼頭、大型公共場所出入口等地方，方便這些重要地段管理者實時掌握人員客流量及異常情況，以便對可能發(fā)生的人群擁擠、踩踏意外事件做好預(yù)防工作，同時也可以在某些方面提高管理效率和服務(wù)質(zhì)量。

[1]楊淑瑩．圖像模式識別[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[2]侯俊,程燕.人流量統(tǒng)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]:電視技術(shù)，2009(2).

The Application of Image Recognition in Guest Flow Statistical Analysis in Busy District

LU Ying-bin, FU Lin

(Guangxi Zhuang Autonomous Region Public Security Department)

This article introduced one kind in the common video frequency supervisory system, to the original system addition “the pattern recognition” the software, makes it to expand into “the important land sector passenger capacity statistics” the function, also does not affect its original function the system. The new system has the construction cost lowly, the real-time statistics, rate of accuracy Gao He does not carry on characteristics and so on change to the original system structure.

image recognition; guest flow statistical

10.13655/j.cnki.ibci.2015.11.022