一种基于足部压力的人流量检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于足部压力的人流量检测系统及方法。通过在人流检测点铺设压力阵列传感器，检测人体行进过程中的脚印压力分布，从而根据人体行走过程中的生物力学特点，提取脚印序列，通过脚印的图像处理，脚印的走向和时序关系，实时跟踪并检测出人员进出状态以及进出人数。与现有其他人流检测系统相比，本发明能够实现精准的双向并行人员计数，而且系统安装简单，隐蔽性好。
【专利说明】一种基于足部压力的人流量检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种人流量检测系统，特别是一种基于足部压力的人流量检测系统，本发明还涉及一种基于足部压力图像序列的人流量计数方法。
[0002]背景
[0003]人流量统计在企业的决策中起着重要作用，尤其是对流动人口较多的行业更是具有举足轻重的意义。在零售行业客流信息是最基本也是最重要的信息之一，如何在卖场运营过程中准确获取、科学使用客流信息是每个商家都要面临的问题。此外，人流量情况对于公共安全也具有重大意义，通过对人流量的统计可以实时掌握人员的分布情况，在发生公共突发事件，可以为应急处置和应急救援提供科学依据，所以提供精确可靠的人员统计无论对生产经营还是对社会公共安全都具有深刻的社会意义。
[0004]目前，已有的人流量检测方法主要有:基于读卡器的检测方法、基于视频的计数方法和基于红外传感器的人流统计方法。其中基于读卡器的检测方法需要参与人员随身携带智能卡，使用繁琐，应用场合比较特殊。
[0005]申请号为201110033703.0，名称为“采用可变形二维曲线的人流量检测方法及系统”的专利文件中公开的技术方案，是一种基于视频的计数方法。主要采用一个摄像头放置在门(通道)的正上方垂直向下对人进、出的运动进行拍摄，根据前一帧和当前帧图像上各个对应的二维曲线与计数线的位置关系进行进、出人数计数。该方法具有较高的识别精准度，但是存在一些问题:一方面摄像头需要在门的顶部安装，可能破坏门的结构；另一方面，如果有人头部有遮挡或没有头发，可能导致计数遗漏，如果没有光线，该系统即无法运行。
[0006]申请号为200920032705.6，名称为“用于人流量检测的探测装置”的专利文件中公开的技术方案，是一种基于红外传感器的计数方法。主要利用以阵列方式排列的多个向下发射红外线、紫外线或激光的发射单元和多个接收反射信号的接收单元，监测行人通过时的电压信号，获得行人头、肩的相对的空间关系，得到所通过的人流量。该方法能够非常精确的统计出人流量，但是也存在一些问题:一方面，该系统安装较繁琐；另一方面，红外发射器无法区分出人或物体。
[0007]基于足部压力的人流量检测方法，首先利用压力传感器采集人的脚步压力图像，然后通过对脚步压力图像的分析，辨别出人流中不同人的脚步，从而进行人员计数。一方面，压力传感器可直接安装在门口的地板上或在装修阶段直接嵌在地板中，即不影响美观，也不对行人通过造成影响；另一方面，行人无需携带额外附件，只需走过压力传感器即可计数。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种简单实用的基于足部压力的人流量检测系统，本发明的目的还在于提供一种基于足部压力图像序列的人流量计数方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:[0010]系统通过在人流检测点铺设压力阵列传感器，检测人体行进过程中的脚印压力分布，根据人体脚印序列的生物力学特征，通过脚印的走向和时序关系对脚印序列进行图像处理，实时跟踪并检测出人员进出状态以及进出人数。
[0011]本发明的基于足部压力的人流量检测系统系统，包括以下几个部分:
[0012](I)脚步压力图像传感器
[0013]本发明采用压力阵列传感器作为足部压力检测手段，采用电阻压敏材料利用柔性阵列压力传感器作为检测手段，柔性阵列压力传感器采用上下两层结构，在上下层接触表面形成接触电阻，该接触电阻随接触面积和接触压力增大成准线性减小，通过检测电路检测其接触电阻的变化值，经过标定矩阵解算后就可以计算出相对应敏感单元或相应区域的压力值。
[0014](2)足部压力检测及成像
[0015]通过铺设压力阵列，运用足底压力分布测试系统，可实时检测人体行走时足底对地面的正压力及其动态变化轨迹，可重构足底触地模态。扫描运动序列数值，通过数据采集盒综合处理单元，解算出压力整列力值，计算出的力值通过网口送到PC机进行图像合成及识别计算。
[0016](3)综合处理单元
[0017]基于足部压力检测系统获取的流动人群足底与地面的压力分布信息，利用足底压力分布与个体行走行为之间的关联性；个体数字脚印的聚类、分割与提取方法。通过获取每步的作用力、接触部位、接触形态、能量分布以及行走过程中的步伐、步速、步法等参数，分析各种参数相互之间的影响，计算出数字脚印的表征参量，建立数字脚印特征模型和规范化脚印数据库；考虑人体在不同速度、着鞋类型、负重、醉酒以及身体不适等环境、状态下的脚印变化规律和趋势，建立步态序列的特征模型。
[0018]本发明的基于足部压力图像序列的人流量计数方法，包括:在明确数字脚印检测、获取与数字脚印特征模型基础上，结合相关场所出入口的设置规律及人员通行规律，开发基于压力整列的人员流量统计系统，实现相关通道的人群流量无障碍统计。
[0019]根据压力阵列的铺设情况，结合运动生物力学的统计方法，将测试区划分为A区与B区，通过检测的脚印的实时位置，设定越线准则，从而统计进出的人数。
[0020]本发明的功能:
[0021]当人通行在压力传感设备上，压力传感设备将获取到足-地界面接触交互力信息、位置信息、身体位姿信息及其时间序列基本参数组成，由这些基本参数可以推导出反应时间、支撑时、腾空时、轨迹、支撑力、制动力、移动距离、移动方向、速度、步频等参数，通过足部的压力检测系统实现人体足底压力分布和接触图像、步态时序、位置等信息的实时获取，进而解析出步法方向、速度等特征参数。提供以下功能。
[0022](I)具备实时判断人员进出数字脚印系统方向的功能，可与门禁管理系统数据通信。系统提供TCP/IP服务连接，实时提供人员进出门禁系统方向给门禁管理系统，以判断与会人员进出会场方向。
[0023](2)实时判断进出功能，具备实时判断进出数字脚印系统人员方向功能。
[0024](3)网络通信功能，提供固定网络端口接口，实时发送进出状态。
[0025]本发明的优点:[0026](I)压力传感器可直接安装在门口的地板上或在装修阶段直接嵌在地板中，即不影响美观，也不对行人通过造成影响；
[0027](2)行人无需携带额外附件，只需走过压力传感器即可计数；
[0028](3)能准确的区分出人和其它物体，解决了传统红外光束检测无法区分人或物体的问题；
[0029](4)能同时分辨出人员的行进方向，同时对进出人员进行计数，解决了视频检测中无法分辨人员行进方向的问题；
[0030](5)不受环境光线影响，夜间也可正常运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1:人流量检测系统组成原理图
[0032]图2:柔性阵列压力传感器分层结构图
[0033]图3:足部压力检测图
[0034]图4:数字脚印计数分区图
[0035]图5:基于足部压力图像序列的人流量计数方法流程图【具体实施方式】
[0036]下面结合附图举例对本发明做更详细的描述:
[0037]基于足部压力的人流量检测系统组成如图1所示。
[0038](I)单元节点模块代表脚步压力传感器，用于感应人体脚步的压力并形成具体的力学参数；
[0039](2)采集与控制模块实现脚步压力到二维图像信号的转换，并实现控制命令的发送和处理；
[0040](3)结构拼装和组态用于实现压力传感器的结构封装；
[0041](4)获取脚步图像数据后，接着进行数据预处理，汇集脚步压力点，删除脚步噪音
占.[0042](5)预处理后的脚步图像数据一方面存储到数据库中，并建立测试者档案信息；另一方面作为本地数据文件用于分析和显示；
[0043](6)数据分析是利用所获取的脚步压力图像序列，按照基于足部压力图像序列的人流量计数方法进行计数的过程；
[0044](7)最终，根据以上的分析得到人员的计数，并生成数据报表。
[0045]本发明还包括:脚步压力图像传感器的设计。
[0046]本发明采用压力阵列传感器作为足部压力检测手段，采用电阻压敏材料利用柔性阵列压力传感器作为检测手段，柔性阵列压力传感器采用上下两层结构，在上下层接触表面形成接触电阻，该接触电阻随接触面积和接触压力增大成准线性减小，通过检测电路检测其接触电阻的变化值，经过标定矩阵解算后就可以计算出相对应敏感单元或相应区域的压力值。
[0047]上层和下层基底材料采用耐高温聚酯薄膜基材，为防止静电对传感器性能的影响，基材表面必须经电晕处理。由于基材的厚度、温度特性、高温收缩率、抗拉升强度、弯曲强度等性能参数直接影响柔性阵列压力传感器的性能，因此需要根据传感器的应用场合和性能要求进行设计选型和应力-应变仿真分析，确定合适的聚酯薄膜基材。
[0048]敏感单元密度、输出灵敏度、测量范围(量程)、动态响应时间、综合测量精度、零点温度漂移等指标是柔性阵列压力传感器的主要技术性能指标，制备工艺如下:
[0049](I)在上下基材的表面印刷导线层并组成网格状测量回路，根据具体应用对传感器敏感单元的密度要求设计确定导线层的导线宽度和间距等工艺参数；
[0050](2)在两层网格交点位置分别印刷与其导线方向垂直的绝缘层，绝缘层为线条状，其宽度和厚度视传感器的要求而定；在绝缘层基础上，印刷与绝缘层线条方向垂直的应变电阻浆料层，应变电阻制备成方形，其电阻方形块长宽和厚度尺寸是传感器性能的决定性因素，直接影响传感器的灵敏度、量程等关键参数；
[0051](3)下层电路印刷丝印胶层，丝印胶层成条状，与导线层导线相互平行，其线条宽度视传感器间距而定，一般为该间距五分之一；
[0052](4)通过丝印胶层将上下电路粘接，这样上下层电路交叉点位置就构成了柔性阵列压力传感器敏感单元，在无压力时，其具有稳定的初始接触电阻；在有压力时，其接触电阻随压力的增加而减小。
[0053]根据上述的结构，柔性阵列压力传感器的点阵密度可达9个敏感点/cm2，其面积、形状和量程等均可以根据应用场合的需求进行设计定制。柔性阵列压力传感器分层结构图如图2所示。
[0054]本发明还包括:足部压力检测及成像设计
[0055]通过铺设压力阵列，运用足底压力分布测试系统，可实时检测人体行走时足底对地面的正压力及其动态变化轨迹，可重构足底触地模态。针对相关场所出入口的设置规律及人员通行规律，研发隐蔽的数字脚印检测系统，实现上述场景下的人员脚印无障碍检测。
[0056]根据人体步态的频率特征设计检测足部压力的检测刷新率，选取每秒扫描50帧运动序列数值，通过数据采集盒综合处理单元，解算出压力整列力值，计算出的压力值通过网口送到PC机进行图像合成及识别计算，足部压力检测图见图3。
[0057]本发明还包括:综合处理单元。
[0058]基于足部压力检测系统获取的流动人群足底与地面的压力分布信息，利用足底压力分布与个体行走行为之间的关联性；个体数字脚印的聚类、分割与提取方法。通过获取每步的作用力、接触部位、接触形态、能量分布以及行走过程中的步伐、步速、步法等参数，分析各种参数相互之间的影响，计算出数字脚印的表征参量，建立数字脚印特征模型和规范化脚印数据库；考虑人体在不同速度、着鞋类型、负重、醉酒以及身体不适等环境、状态下的脚印变化规律和趋势，建立步态序列的特征模型。
[0059]本发明还包括:基于足部压力图像序列的人流量计数方法。
[0060]在明确数字脚印检测、获取与数字脚印特征模型基础上，结合相关场所出入口的设置规律及人员通行规律，开发基于压力整列的人员流量统计系统，实现相关通道的人群流量无障碍统计。
[0061]根据压力阵列的铺设情况，结合运动生物力学的统计方法，将测试区划分为A区与B区，如图4。
[0062]通过检测的脚印的实时位置，设定越线准则，根据越线判定准则:在系统内存中存储50帧数据，由于同一个人两步之间有明显的特征，所以可以建立准则判定是否真实，具体包含三个特征:
[0063](I)同一个人两步之间的距离小于Ts ；
[0064](2)同一个人的两步之间的时间间隔小于Tt ;
[0065](3)越线时，脚形序列的质心转移方向应该和人行走方向一致。
[0066]基于足部压力图像序列的人流量计数流程图如图5。包括以下步骤:
[0067]步骤1:系统启动上电，压力传感器初始化，计数清零；
[0068]步骤2:开始检测脚步压力信号，并转换成二维图像信号，如果有信号则存储数据并转下一步；
[0069]步骤3:把采集到的脚步压力图像分成A，B区，循环分析图像数据，并检测A区是否有脚步；如果A区有脚步转步骤4，否者转步骤7 ；
[0070]步骤4:开新线程检测B区是否有脚步，并计时；
[0071]步骤5:如果B区有脚步，按照上述越线准则进行越线判定，如果有越线，则计数加1，否者，转步骤5;
[0072]如果B区没有脚印，转步骤6 ；
[0073]步骤6:判断是否超时，如果超时则停止判断，如果未超时，转步骤5 ;
[0074]步骤7:判断B区是否有脚印；
[0075]步骤8:开新线程检测A区是否有脚印，并计时；
[0076]步骤9:如果A区有脚步，按照上述越线准则进行越线判定，如果有越线，则计数加1，否者，转步骤9;
[0077]如果A区没有脚印，转步骤10 ；
[0078]步骤10:判断是否超时，如果超时则停止判断，如果未超时，转步骤9 ；
[0079]本发明还包括:系统设计功能参数
[0080](I)压力传感器尺寸:1米XL 5米
[0081](2)量程:50KPa ?IMPa
[0082](3)采样频率:25赫兹
[0083](4)功耗:25 瓦
[0084](5)压力垫时间响应灵敏度:< 5毫秒
[0085](6)压力敏感点密度:4个/平方厘米
[0086](7)电源:48伏，4安直流
[0087](8)操作温度:-10°C?50°C，湿度:5 ?85%
[0088](9)储存温度:_20°C?75°C，湿度:5 ?％%。
【权利要求】
1.基于足部压力的人流量检测体系统是通过人体在行走过程中的压力特征进行人流量统计的检测系统，其特征是:利用传感器压力阵列技术，检测技术，图像处理，以及网络通信技术完成区域内的人流进出以及人数的统计。
2.根据权利要求1所述的基于足部压力的人流量检测体系统，其特征是:根据人体的足部压力特征反应的生物力学特性，进行人员进出检测，人数统计检测。
3.根据权利要求1所述的基于足部压力的人流量检测体系统，其特征是:基于在监测点架设压力传感器，测试行走时的步态特征，通过步态脚印的时序关系进行人流量统计。
4.根据权利要求1所述的基于足部压力的人流量检测体系统，其特征是:采用传感器整列，采集器与综合处理单元分离的结构完成人流量检测通道设计，进行人流量检测。
5.基于足部压力图像序列的人流量计数方法，其特征是:根据压力阵列的铺设情况，结合运动生物力学的统计方法，将测试区划分为A区与B区，通过检测的脚印的实时位置，设定越线准则，从而统计进出的人数。
6.根据权利要求5所述的基于足部压力图像序列的人流量计数方法，其特征是: 步骤1:系统启动上电，压力传感器初始化，计数清零； 步骤2:开始检测脚步压力信号，并转换成二维图像信号，如果有信号则存储数据并转下一步； 步骤3:把采集到的脚步压力图像分成A，B区，循环分析图像数据，并检测A区是否有脚步；如果A区有脚步转步骤4，否者转步骤7 ； 步骤4:开新线程检测B区是否有脚步，并计时； 步骤5:如果B区有脚步，按照上述越线准则进行越线判定，如果有越线，则计数加1，否者，转步骤5 ; 如果B区没有脚印，转步骤6; 步骤6:判断是否超时，如果超时则停止判断，如果未超时转步骤5 ； 步骤7:判断B区是否有脚印； 步骤8:开新线程检测A区是否有脚印，并计时； 步骤9:如果A区有脚步，按照上述越线准则进行越线判定，如果有越线，则计数加1，否者，转步骤9 ; 如果A区没有脚印，转步骤10; 步骤10:判断是否超时，如果超时则停止判断，如果未超时转步骤9。
【文档编号】G07C9/00GK103778691SQ201210396201
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2012年10月18日
【发明者】唐毅, 王华彬, 胡瑞 申请人:唐毅, 王华彬, 胡瑞