導語：智能博物館人數統計系統設計探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著科學技術和社會生產力的發展，人們已經從原始的對物質地追求升華到對精神的渴求，而博物館正扮演著滿足人們精神需求的一個重要媒介。目前大多數博物館的人數統計系統算法比較落后，此會產生冗余的效果。本設計基于視覺信來實現對當日以及更遠日期來博物館參觀的人數的詳細統計，為博物館后續的一些安全保障措施提供可靠的依據，為博物館管理提供一定的支持。首先通過了解參觀博物館的人員數量和出入口設置，對人員流動比較大的地方可適當的采取一些突發事件的預防措施；可以感知人員數量的微妙變化，可以更加有效的分配博物館的維護和管理人員，這樣設計對博物館的智能化管理來說具有很重要的實際意義。

關鍵詞：博物館；視覺信息；統計；智能化管理

1預備知識

1.1對圖像增強定義

目前依據增強處理過程的空間性質，可把圖像增強分為空域和頻域等比較實用的方法。為了增強對比對同時為了使得圖像變的平滑，可以采用空域方式；而頻域方法是利用圖像在某種變換域內對圖像的變換系數進行修正，然后通過再反變換，還原到原始的空域，從而得到增強的函數圖像[1]。這樣做的目的是為了：（1）針對給定圖像的應用場合，通過感興趣的區域(ROI)進行背景更新，突出圖像中不同物體特征之間的差別，從而檢測出不同展覽室不同區域的人流量信息；（2）改善圖像的視覺效果，以便對采集來的圖像更好的分析。

1.2灰度變換的基本定義

灰度變換是根據某目標條件按一定變換關系逐點改變源圖像中每一個像素灰度值的方法。并且分為線性灰度變換、分段線性灰度變換、非線性灰度變換三類[2]。其主要目的是了提高畫質，使圖像的顯示效果更加清晰。

1.3Mean-Shift算法基本原理

由Fukunaga和Hostetler提出的MeanShift是基于核密度的非參數聚類算法，其算法思想是假設不同簇類的數據集符合不同的概率密度分布，找到任一樣本點密度增大的最快方向，樣本密度高的區域對應于該分布的最大值，這些樣本點最終會在局部密度最大值收斂[3-5]。Mean-shift向量計算公式為：(1)其中(2)用核函數來衡量每個樣本的貢獻，計算公式為：(3)

2博物館人流量統計的相關技術

2.1人數統計系統的處理流程

本設計采用網絡協議來傳輸和控制圖像信號，用服務器作為圖像處理的中心，將攝像頭所采集到的視頻圖像傳上傳至服務器，其后對所上傳的信息進行加工處理，將所獲得的最新信息數據全部錄入到數據庫，然后更新web客戶頁面[6-7]。

2.2檢測可運動的目標

運動的目標檢測主要是指將變化區域從序列圖像中檢測，進一步提取出運動目標。通常意義下，目標的分類、跟蹤以及行為理解等，這些后處理過程只需要將像素區域中的運動目標考慮進圖像中即可，因此對于檢測與分割對于運動的目標而言，會嚴重影響到后期處理。根據攝像頭是否保持靜止，運動檢測分為靜態背景和運動背景兩類。

3背景檢查模塊

背景差分法基本原理：將靜止的場景運動分割，這種方法通常被稱為背景差分法，它可以將當時所獲取到的圖像幀與背景圖景做差分運算，得到灰度圖，并對灰度圖進行閾值化，從而進一步提取出運動區域，同時為避免環境中光照變化對準確度的影響，背景圖像往往根據當前所獲取到的圖像幀進行持續的更新。

4智能安全監控模塊

智能安全監控模塊完成如下功能，首先根據接收到的圖像進行判斷，判斷是開館時間還是閉館時間，如圖1所示。如果為開館時間則進行異常事件檢測，并根據預設值進行報警；如果為閉館時間則進行圖像預處理，其中包括濾波、圖像增強等操作，接下來會進行異常事件檢測，包括入侵檢測，溫度檢測等，其中溫度檢測過程如圖2所示。

5系統平臺選取與搭建

5.1搭建硬件系統

本設計采用如圖3所示的硬件框架圖。從圖中可以看到整個系統以服務器為媒介，聯通監控終端和控制終端。具體模塊的實現，以控制終端我們所采用煙霧報警系統為例簡單做一些說明，當傳感器檢測打環境中煙霧或溫度濃度值超過系統預設的值后，報警電路報警，預警系統輸出電平特性給S8050三極管，S8050三極管使用高電平導通，需要報警是預警系統傳輸高電平至S8050，三極管導通并放大電流，將幾十毫安的RO口放大兩百倍左右為0.5A的電流，可用來驅動蜂鳴器進行報警，采用1K電阻用于限流，避免有時候低電平也會被導通，另一個LED燈附近的1K同樣用于限流，LED工作所需電流較小，加入1K用于保護LDE燈。當管腳為低時，與非門輸出高電平，三極管導通，觸發蜂鳴器，從而報警。當管腳為高時，與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發出聲音。

5.2系統調試

采用OpenCV機器視覺庫來實現圖像處理算法。控制終端使用Qt圖形界面庫。Qt庫采用方便易理解的信號和槽機制，使得程序框架清晰明了。同時Qt還具有非常好的跨平臺特性，可以在多種平臺上實現程序的編寫和移植。軟件部分的設計采用模塊化編程的思想，可以有效增加程序的可讀性，使程序更加簡潔，每一個部分完整且獨立，在調試的過程中可以單獨測試各個模塊的功能。對于修改單獨模塊上的錯誤不會影響其他程序。此外模塊化設計能夠讓整個系統對數據的處理性能更強，整個程序的設計需要理解項目的核心，程序的設計可以圍繞核心開始拓展。

5.3總體功能實現

設計完成的系統可以實現以下幾種基本功能：（1）可設置監控區域、監控目標大小及方向;對所監視區域進行實時視頻采集；（2）對視頻流進行人頭的動態識別、跟蹤、匹配和統計；（3）系統使用網絡攝像機，可通過數據傳輸網絡同步輸出多路視頻;提供視頻流切換功能；（4）人數統計錄像可以存儲，檢索和回放；（5）實時顯示當前各區域人數情況，提供對圖書館人數實時數據匯總；（6）系統具有數據分析功能，根據設置條件生成多種數據分析報表；（7）系統提供多種通訊協議接口，方便其它系統對人數統計數據進行調用。

6結論

本文所設計的人數統計系統很好的實現了博物館的人數統計功能，同時它還可應用到不同的應用場合，發揮不一樣的作用。以圖書館為例：該系統可為圖書館內部不同的書庫以及不同類的書籍，按照不同時間段分布的人員數量統計、人群具體的流動方向、人員狀態等重要的信息;圖書館大門口的人員流動數量統計所得的信息，有利于圖書館開放時間的合理性。

參考文獻

[1]謝樹煜，陳倩，朱虹.實時視頻對象識別與計數系統的模型和算法設計[J].清華大學學報(自然科學版)，2001，41(7):61.

[2]徐昊.基于簡單固定背景圖像特征的人數統計[D].重慶:重慶大學，2007.

[3]張建榮，姜昱明.實時跟蹤系統中運動人體圖像分割[J].計算機仿真，2004，21(006):54-56.

[4]李魁.基于特征跟蹤的視頻運動捕獲技術研究[D].杭州：浙江大學，2004.

[5]衣淑鳳，黃祥林，沈蘭蓀.智能化人群監控技術研究[J].測控技術，2003，22(005):22-24.

[6]柳偉，羅以寧，孫南.基于背景優化的MeanShift目標跟蹤算法[J].計算機應用，2009，29(4):1015-1017.

[7]賴勇.出入口人數統計系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2010.

作者：畢佳偉 張帥 高凱 楊立昆 何苗 單位：寶雞文理學院計算機學院 西安建筑科技大學冶金工程學院