一种基于红外阵列传感器的非入侵式人数检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外阵列传感器的非入侵式人数检测方法、装置和系统。该方法包含以下步骤：采集目标的连续多帧温度阵列数据；对温度阵列数据做预处理，获得有效数据点；对每帧温度阵列数据进行特征提取，得到特征图层；基于位置特征图层，分割图层中的多个目标并记录当前帧的多目标空间位置数据和时间数据，计算多目标的时空距离，进行动态规划得到目标映射关系；由连续帧之间的多目标的映射关系，根据有限状态机中的转移路径生成单个目标的独立轨迹；根据轨迹判定判别算法判断目标的行动状态，得到室内人数的变化数量从而检测室内人数。本发明专利技术的方法、装置和系统解决了现有技术中多目标人数检测准确性低、成本高等技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外阵列传感器的非入侵式人数检测方法和系统


[0001]本专利技术属于物联网
，尤其涉及一种基于红外阵列传感器的非入侵式多目标人数检测方法和系统。

技术介绍

[0002]人数检测是一种用于统计人员通过数量的方法，在各种智能化建筑中得到广泛应用，例如，火车站出入口的检票与验票人数、会议室检测人数统计到场率、上课教室统计学生到课情况等等。通过人数检测技术可以使人工的计数方法自动化。既往通过人工的方式获取人数信息的过程，不但耗费大量人力物力，而且数据还存在一定偏差，使研究人员不易准确获取这些区域的具体人员数量。
[0003]精准实现人数检测技术的基本是选择合适的传感器采集人员通过的数据。目前实现人数检测技术的主要手段有：二氧化碳浓度估计、高清摄像头检测、红外线技术探测、无线和蓝牙技术识别、温度识别等。然而，这些技术或多或少存在一定的缺陷或是需要满足特定的条件。通过二氧化碳浓度预测人数需要大量数据进行训练模型，高清摄像头存在侵犯隐私的问题，红外线探测需要布置多个节点，无线和蓝牙更是需要人体携带相关通讯设备。而利用低分辨率红外阵列热成像不需要布置多个节点，又因为是超低分辨率所以不会侵犯隐私，更不需要人体携带相关配件，是一种无侵入，无感知的人数检测手段。
[0004]实现人数检测技术，可以灵活、合理利用室内空间设施资源，实现标准化和精细化管理。例如，通过判断会议室是否有人使用，实现自动断电功能，对于拥有上百个会议室的龙头企业来说，可以大幅节约能耗成本。因此，如何在保护室内人员隐私的前提下，设计出一种高精度、低成本、低时延的非入侵式人数检测算法，是改善智慧建筑资源利用率的关键所在。
[0005]现有技术CN202010500296.9公开了一种目标检测方法与装置，所述目标检测方法使用红外阵列传感器采集检测区域中各个子区域的区域温度。根据各个子区域的温度差值及前一检测周期中各个子区域的第一目标表示，确定当前检测周期中各个子区域的第二目标标识，进而确定是否存在已通过目标。根据已通过目标在检测区域中的出现区域及离开区域，确定已通过目标的通过方向，最后向服务器发送目标通过信息。这种方法可以根据目标标识，对从相同方向或不同方向通过检测区域的人员进行检测，提高了检测效率及准确性。但是，这种方法仅能判断目标在检测域中出现与离开的区域，无法实现目标的动态轨迹追踪，不能实时地反映目标地运动轨迹。
[0006]CN 201611125413.8公开了一种基于红外阵列人数传感器的计数方法，所述方法对设置于门口上方的红外阵列传感器的输出信号进行处理，识别出由人体产生的轮廓，并对轮廓的运动方向进行跟踪；通过轮廓的运动轨迹来判断人员是进入还是外出，以实现进出人员计数。这种方法解决了红外对射式传感器在多人通过时检测精度低的问题，具有多目标跟踪、识别精度高、功耗低的优点。但是，这种方法在多人场景下可能造成轮廓重叠，可能造成检测人数误差。
[0007]CN201510042867.8公开了一种红外阵列人数统计方法，所述方法利用红外阵列传感器在监测区域中检测到的温度变化流对各个房间统计到的进出门的人数进行汇总。这种方法使用的红外阵列传感器采集图像的效率很高，性价比高；将初始人数统计数据和进出房门人数统计数据分开，降低设置于房间内的红外阵列传感器的数据采集密度，增加使用寿命。但是，这种方法在室内与室外温差不大时，不易检测出人员流动，可能造成一定的误差。
[0008]综上所述，对于现有其他使用红外阵列传感器的人数检测方法，通过轮廓的运动轨迹来判断人员进出，在多人场景下可能造成轮廓重叠，难以精确检测人数；部署多个传感器节点，来分布式监控室内人数，难以准确协调人数变化，对人数变化的响应不够及时。此外，现有的技术大多数只能检测出人员出现与离开的区域，而无法实现人员的动态轨迹追踪，数据维度单一，不能用于对人数计数精度要求高的场合。
[0009]有鉴于此，有必要设计一种新的基于红外阵列传感器的人数检测方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的是，提供一种非入侵式人数检测方法，解决现有技术中检测准确性低、成本高的技术问题。
[0011]为实现以上目的，本专利技术提供了一种基于红外阵列传感器的非入侵式人数检测方法，该方法包含以下步骤：
[0012]步骤一、采集通过检测区域的多个目标的连续多帧的温度阵列数据；
[0013]步骤二、使用图像腐蚀操作对二值化后的温度阵列数据做预处理，获得每帧温度阵列数据中的有效数据点；
[0014]步骤三、使用特征提取算子对每帧温度阵列数据进行特征提取，得到与目标空间位置相关的特征图层；
[0015]步骤四、基于步骤三获得的位置特征图层，分割图层中的多个目标并记录当前帧的多目标的空间位置数据和时间数据，计算连续帧之间的多目标的时空距离，进行动态规划得到上下帧之间目标的映射关系；以及
[0016]步骤五、由连续帧之间的多目标的映射关系，根据有限状态机中的转移路径生成单个目标的独立轨迹；根据轨迹判定判别算法判断目标的行动状态，得到室内人数的变化数量从而检测室内人数。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，步骤一还包括在特定的位置部署红外阵列传感器。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，步骤二中图像腐蚀操作对每帧温度阵列数据做预处理，获得每帧新的温度阵列数据，包括：对原始采集的温度阵列数据得到进行二值化，然后进行图像腐蚀操作，去除原始数据中的毛刺，噪声等，具体公式如下：
[0019][0020]其中，F
′
(t
n
)是经过图像腐蚀处理后t
n
时刻的红外阵列数据，F(t
n
)是原始采集的t
n
时刻的二值化红外阵列数据，B是腐蚀的结构元素，每一个元素取值为0或者1，可以组成任何形状，保证有一个中心点。
[0021]本专利技术的进一步改进在于，步骤三中利用特征提取算子对每帧新的温度阵列数据进行特征提取，得到与目标空间位置相关的特征图层，包括以下步骤：
[0022]1)根据原始红外阵列数据格式设计特征提取算子：
[0023]假设原始红外阵列图像像素大小为A
·
B，单个目标在红外阵列数据之中所占像素大小为a
·
b，确定特征提取算子为：
[0024][0025]取a，b中的较小值作为特征算子的行数，算子最外层为
‑
1，由外向内第n层的值取2
n
‑1；
[0026]2)根据特征提取算子计算与目标空间位置相关的特征图层，公式如下：
[0027][0028]其中，Temp
map
(x,y)表示原始采集的红外温度分布图，与所确定的特征提取算子进行卷积计算得到特征图层Feature
map
(x,y)。
[0029]本专利技术的进一步改进在于，步骤四包括以下步骤：
[0030]1)根据特征图层得到多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外阵列传感器的非入侵式人数检测方法，该方法包含以下步骤：步骤一、采集通过检测区域的多个目标的连续多帧的温度阵列数据；步骤二、使用图像腐蚀操作对二值化后的温度阵列数据做预处理，获得每帧温度阵列数据中的有效数据点；步骤三、使用特征提取算子对每帧温度阵列数据进行特征提取，得到与目标空间位置相关的特征图层；步骤四、基于步骤三获得的位置特征图层，分割图层中的多个目标并记录当前帧的多目标的空间位置数据和时间数据，计算连续帧之间的多目标的时空距离，进行动态规划得到上下帧之间目标的映射关系；以及步骤五、由连续帧之间的多目标的映射关系，根据有限状态机中的转移路径生成单个目标的独立轨迹；根据轨迹判定判别算法判断目标的行动状态，得到室内人数的变化数量从而检测室内人数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一还包括在特定的位置部署红外阵列传感器。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中图像腐蚀操作对每帧温度阵列数据做预处理，获得每帧新的温度阵列数据，包括：对原始采集的温度阵列数据得到进行二值化，然后进行图像腐蚀操作，去除原始数据中的毛刺，噪声等，具体公式如下：其中，F
′
(t
n
)是经过图像腐蚀处理后t
n
时刻的红外阵列数据，F(t
n
)是原始采集的t
n
时刻的二值化红外阵列数据，B是腐蚀的结构元素，每一个元素取值为0或者1，可以组成任何形状，保证有一个中心点。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三中利用特征提取算子对每帧新的温度阵列数据进行特征提取，得到与目标空间位置相关的特征图层，包括以下步骤：1)根据原始红外阵列数据格式设计特征提取算子：假设原始红外阵列图像像素大小为A
·
B，单个目标在红外阵列数据之中所占像素大小为a
·
b，确定特征提取算子为：取a，b中的较小值作为特征算子的行数，算子最外层为
‑
1，由外向内第n层的值取2
n
‑1；2)根据特征提取算子计算与目标空间位置相关的特征图层，公式如下：其中，Temp
map
(x,y)表示原始采集的红外温度分布图，与所确定的特征提取算子进行卷积计算得到特征图层Feature
map
(x,y)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤四包括以下步骤：1)根据特征图层得到多个目标空间位置，根据环境设定特征感知阈值，遍历特征分布
图上所有的整数坐标；当以坐标点为中心的九宫格内有5个周围点特征大于阈值，认为该区域有人，计算位置公式如下：域有人，计算位置公式如下：分别得到X
i
和Y
i
的精确坐标，其中，为特征图层中大于感知阈值的九宫格内的有效点，从左向右遍历整个特征图层得到N个目标位置；2)计算连续帧上多目标之间的时空距离，确定不同帧之间的目标映射关系，判断逻辑如下：目标之间欧式空间距离公式如下：DIS
space
(X1,X2,Y1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪飞，廖俊淇，唐觉民，魏昕，周亮，
申请(专利权)人：南京长江都市建筑设计股份有限公司，
类型：发明
国别省市：