智能博物館人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

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摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人們已經(jīng)從原始的對(duì)物質(zhì)地追求升華到對(duì)精神的渴求，而博物館正扮演著滿足人們精神需求的一個(gè)重要媒介。目前大多數(shù)博物館的人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)算法比較落后，此會(huì)產(chǎn)生冗余的效果。本設(shè)計(jì)基于視覺信來實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)日以及更遠(yuǎn)日期來博物館參觀的人數(shù)的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，為博物館后續(xù)的一些安全保障措施提供可靠的依據(jù)，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(shù)量和出入口設(shè)置，對(duì)人員流動(dòng)比較大的地方可適當(dāng)?shù)牟扇∫恍┩话l(fā)事件的預(yù)防措施；可以感知人員數(shù)量的微妙變化，可以更加有效的分配博物館的維護(hù)和管理人員，這樣設(shè)計(jì)對(duì)博物館的智能化管理來說具有很重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：博物館；視覺信息；統(tǒng)計(jì)；智能化管理

1預(yù)備知識(shí)

1.1對(duì)圖像增強(qiáng)定義

目前依據(jù)增強(qiáng)處理過程的空間性質(zhì)，可把圖像增強(qiáng)分為空域和頻域等比較實(shí)用的方法。為了增強(qiáng)對(duì)比對(duì)同時(shí)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(nèi)對(duì)圖像的變換系數(shù)進(jìn)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(qiáng)的函數(shù)圖像[1]。這樣做的目的是為了：（1）針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場合，通過感興趣的區(qū)域(ROI)進(jìn)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(cè)出不同展覽室不同區(qū)域的人流量信息；（2）改善圖像的視覺效果，以便對(duì)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(jù)某目標(biāo)條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變?cè)磮D像中每一個(gè)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(zhì)，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(shù)聚類算法，其算法思想是假設(shè)不同簇類的數(shù)據(jù)集符合不同的概率密度分布，找到任一樣本點(diǎn)密度增大的最快方向，樣本密度高的區(qū)域?qū)?yīng)于該分布的最大值，這些樣本點(diǎn)最終會(huì)在局部密度最大值收斂[3-5]。Mean-shift向量計(jì)算公式為：(1)其中(2)用核函數(shù)來衡量每個(gè)樣本的貢獻(xiàn)，計(jì)算公式為：(3)

2博物館人流量統(tǒng)計(jì)的相關(guān)技術(shù)

2.1人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的處理流程

本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來傳輸和控制圖像信號(hào)，用服務(wù)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(wù)器，其后對(duì)所上傳的信息進(jìn)行加工處理，將所獲得的最新信息數(shù)據(jù)全部錄入到數(shù)據(jù)庫，然后更新web客戶頁面[6-7]。

2.2檢測(cè)可運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)

運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)檢測(cè)主要是指將變化區(qū)域從序列圖像中檢測(cè)，進(jìn)一步提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。通常意義下，目標(biāo)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(qū)域中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)考慮進(jìn)圖像中即可，因此對(duì)于檢測(cè)與分割對(duì)于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而言，會(huì)嚴(yán)重影響到后期處理。根據(jù)攝像頭是否保持靜止，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)分為靜態(tài)背景和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)分割，這種方法通常被稱為背景差分法，它可以將當(dāng)時(shí)所獲取到的圖像幀與背景圖景做差分運(yùn)算，得到灰度圖，并對(duì)灰度圖進(jìn)行閾值化，從而進(jìn)一步提取出運(yùn)動(dòng)區(qū)域，同時(shí)為避免環(huán)境中光照變化對(duì)準(zhǔn)確度的影響，背景圖像往往根據(jù)當(dāng)前所獲取到的圖像幀進(jìn)行持續(xù)的更新。

4智能安全監(jiān)控模塊

智能安全監(jiān)控模塊完成如下功能，首先根據(jù)接收到的圖像進(jìn)行判斷，判斷是開館時(shí)間還是閉館時(shí)間，如圖1所示。如果為開館時(shí)間則進(jìn)行異常事件檢測(cè)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行報(bào)警；如果為閉館時(shí)間則進(jìn)行圖像預(yù)處理，其中包括濾波、圖像增強(qiáng)等操作，接下來會(huì)進(jìn)行異常事件檢測(cè)，包括入侵檢測(cè)，溫度檢測(cè)等，其中溫度檢測(cè)過程如圖2所示。

5系統(tǒng)平臺(tái)選取與搭建

5.1搭建硬件系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用如圖3所示的硬件框架圖。從圖中可以看到整個(gè)系統(tǒng)以服務(wù)器為媒介，聯(lián)通監(jiān)控終端和控制終端。具體模塊的實(shí)現(xiàn)，以控制終端我們所采用煙霧報(bào)警系統(tǒng)為例簡單做一些說明，當(dāng)傳感器檢測(cè)打環(huán)境中煙霧或溫度濃度值超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的值后，報(bào)警電路報(bào)警，預(yù)警系統(tǒng)輸出電平特性給S8050三極管，S8050三極管使用高電平導(dǎo)通，需要報(bào)警是預(yù)警系統(tǒng)傳輸高電平至S8050，三極管導(dǎo)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(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，采用1K電阻用于限流，避免有時(shí)候低電平也會(huì)被導(dǎo)通，另一個(gè)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(hù)LDE燈。當(dāng)管腳為低時(shí)，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，觸發(fā)蜂鳴器，從而報(bào)警。當(dāng)管腳為高時(shí)，與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

采用OpenCV機(jī)器視覺庫來實(shí)現(xiàn)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(hào)和槽機(jī)制，使得程序框架清晰明了。同時(shí)Qt還具有非常好的跨平臺(tái)特性，可以在多種平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)程序的編寫和移植。軟件部分的設(shè)計(jì)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(gè)部分完整且獨(dú)立，在調(diào)試的過程中可以單獨(dú)測(cè)試各個(gè)模塊的功能。對(duì)于修改單獨(dú)模塊上的錯(cuò)誤不會(huì)影響其他程序。此外模塊化設(shè)計(jì)能夠讓整個(gè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理性能更強(qiáng)，整個(gè)程序的設(shè)計(jì)需要理解項(xiàng)目的核心，程序的設(shè)計(jì)可以圍繞核心開始拓展。

5.3總體功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下幾種基本功能：（1）可設(shè)置監(jiān)控區(qū)域、監(jiān)控目標(biāo)大小及方向;對(duì)所監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻采集；（2）對(duì)視頻流進(jìn)行人頭的動(dòng)態(tài)識(shí)別、跟蹤、匹配和統(tǒng)計(jì)；（3）系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)同步輸出多路視頻;提供視頻流切換功能；（4）人數(shù)統(tǒng)計(jì)錄像可以存儲(chǔ)，檢索和回放；（5）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各區(qū)域人數(shù)情況，提供對(duì)圖書館人數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總；（6）系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析功能，根據(jù)設(shè)置條件生成多種數(shù)據(jù)分析報(bào)表；（7）系統(tǒng)提供多種通訊協(xié)議接口，方便其它系統(tǒng)對(duì)人數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。

6結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)很好的實(shí)現(xiàn)了博物館的人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，同時(shí)它還可應(yīng)用到不同的應(yīng)用場合，發(fā)揮不一樣的作用。以圖書館為例：該系統(tǒng)可為圖書館內(nèi)部不同的書庫以及不同類的書籍，按照不同時(shí)間段分布的人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)、人群具體的流動(dòng)方向、人員狀態(tài)等重要的信息;圖書館大門口的人員流動(dòng)數(shù)量統(tǒng)計(jì)所得的信息，有利于圖書館開放時(shí)間的合理性。

參考文獻(xiàn)

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作者：畢佳偉 張帥 高凱 楊立昆 何苗 單位：寶雞文理學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院