基于哈弗圆变换实现的客流统计毕业论文

I基于 Hough 变换圆检测技术的客流统计摘 要在当代社会中，Hough变换圆检测技术的学习和使用日益广泛， Hough变换的原理是一种用于在边缘增强处理后的图像中,提取边缘特征的有效而又简单的方法，它能用来够提取图形中的直线、圆、椭圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘形状进行Hough 检测。Hough变换在计算机监视、军事防御、办公自动化等许多领域中都得到了普遍的关注和广泛的应用。基于Hough变换圆检测技术对一些单位进行客流统计非常有意义，通过对客流量的统计和分析能理性安排计划和合理分配资源，使得运营管理系统更加完善。国内外的一些研究人员已经利用Hough变换技术统计公交系统的载客量 ,使得公交系统更加趋于完善。本论文以基础Hough变换圆为基础，在MATLAB软件中进行模拟仿真。首先在MATLAB中建立一个能对视频处理的操作界面，导入一段自上向下拍摄的视频，对视频中的类似圆头型进行判断识别，最后对识别到的类似圆头型进行统计，得出数据。关键词：Hough 变换 客流统计 类似圆 MATLAB 仿真 IIBased on Hough transform circle detection technology of traffic statisticszyAbstractIn modern society, the Hough transform circle to learn and apply the increasingly widespread. Hough transform is used in the image after the edge enhancement processing, extracting edge features simple and effective method, it can extract a straight line, circle, ellipse, the conic even the edge of arbitrary shape. Hough transform in computer vision, military defense, office automation and other fields have been widespread concern and a wide range of applications.Using the Hough transform circle detection technology some units very meaningful traffic statistics, traffic statistics and analysis of the rational scheme of arrangement and rational allocation of resources, making operating systems more perfect. Home and abroad, some researchers have used the Hough transform the carrying capacity of the Statistics bus system, making the bus system to become more perfect.This thesis is the basis of Hough transform circle-based simulation in the MATLAB software. First the establishment of a video processing in MATLAB user interface, import the video taken down in the period of self-judgment recognition, video round type, and finally to identify a similar round-type statistics obtained the data.Key Words: Hough transformation; Traffic statistics ;Smilar to round; MATLAB simulationIII目录摘 要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 论文的意义和目的 .11.2 关于客流统计的国内外现状 .11.3 全文安排 .3第二章 Hough 变换原理 .42.1 Hough 的概述 .42.2 Hough 变换的基本思想 .42.3 Hough 变换对圆的检测 .62.4 运用 Hough 变换判别类似圆 .82.5 Hough 变换圆图像处理原理 .92.5.1 已知半径的圆 .92.5.2 未知半径的圆 .102.5.3 椭圆 .102.5.4 总结 .102.6 Hough 变换的优缺点 .102.6.1 Hough 的优点以及运用 .102.6.2 Hough 变换缺点和改进方法 .11第三章 基于 Hough变换圆技术的客流统计 MATLAB的实现 .133.1 MATLAB 的简述 .133.2 基于 Matlab 的 Hough 变换检测圆的实现 .143.2.1 Hough 变换检测圆算法的设计步骤 .143.2.2 Hough 变换检测圆的 Matlab 算法概述 .143.3 素材的提取和处理 .153.4 MATLAB 中视频操作界面 GUIDE 的制作 .15IV3.4.1 创建 Matlab GUI 界面通常有两种方式： .153.4.2 基于 Hough 变换圆检测技术的客流统计软件系统的 GUI 界面的制作步骤 .163.4.3 基于 Hough 变换圆检测技术的客流统计的主程序与界面的同步问题 .183.4 程序的运行原理和 MATLAB 模拟的实现 .19第四章 论文总结 .234.1 论文完成的基本情况 .234.2 论文总结 .23参考文献 .25致谢 .26附录 .27南京工业大学本科生毕业论文（设计）1第一章 绪论1.1 论文的意义和目的在现代社会中，Hough变换圆的学习和应用日益广泛， Hough变换的原理是一种用于在边缘增强处理后的图像中，提取相关边缘特征的有效而又简单的方法，它能够提取直线、圆、椭圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘。Hough 变换在计算机检测、军事类防御、自动化等领域都得到了普遍的关注和广泛的应用。通过人数(包括各年龄段/性别的人数)这些准确的量化数据来研究流量规律，不但可以了解相关设施在运行中的状况，还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作：通过深入的顾客数据研究，可以最大限度地挖掘卖场的销售潜力，增加销售机会；同时，对于人流密度较大的区域采取相应的措施，还可以进行很好的走向引导和安全预警。所以用Hough变换圆技术来统计客流量对企业的发展很有帮助。运用 Hough变换技术来统计客流量，是值得我们学习和研究的。Hough 变换圆在客流统计上的应用各有优缺点，优点是检测速度相对较快；缺点是难以预测耗时，因而难以控制。将Hough 变换技术运用到客流统计上能提高很多商场和运输场所的工作效率以及监控力度，减少监视仪器，节约了成本。这样商场里就能通过这种技术统计天、周、月、年的客流量，使得商场能及时改变营销策略。经营者通过视频客流统计系统，可以正确地掌握每个门店的客流分布，区别旺区及非旺区，并通过改善货架布置，尽量达到客流量理想的分布。通过分析区域客流密度以及分析顾客的购买偏好，采取不同的针对性宣传促销策略，力争将客流吸引到各个门店。通过店面之间的客流数据的比较(同类规模的客流量)来鞭策店长与员工的表现，并鼓励良性的竞争，以提高每个店铺的业绩。调整半年后，在保证原有旺铺稳定客流量的同时，大幅提升了总体销售额。在汽车站中，经过监视器统计乘客所去某一地方的客流，我们能得出大部分乘客的所需，汽车站通过改变不同的车次来调节，这样既满足了乘客又挺高了汽车站运送效率，一举两得 1。客流信息是衡量商业设施（如超市、商场、购物中心等）运营状况的重要工具。所以，我们需要进一步的对Hough 变换圆进行研究和探讨。1.2 关于客流统计的国内外现状近年来，由于中国人口较多,企业对客流统计比较困难,客流统计已经越来越受到人们的重视。在零售业迅速发展的今天，中国、新加坡、欧美、香港、日本等越来越多的国第一章 绪论2家和城市的大型购物中心和连锁商业网点使用客流统计分析系统 2。国内一些不发达地区的购物中心也会在节假日采用人工点数的方式进行客流量数据的统计；还有一些商家采用了准确率较低的红外线等方式进行长期的客流量的统计。但是由于人工计数的准确率偏低且无法进行长期统计，红外线方式又不能双向统计客流量，更无法统计并排时顾客的人数，因此，我们需要借助视频分析技术，准确率高达 95%的新型客流统计分析系统应运而生，目前已在诸多购物中心内使用，相信在不远的未来将越来越受到购物中心的青睐。拥有真正高效准确的客流量统计系统是购物中心在同行业的竞争中能立于不败之地的重要手段 3。现在常用的客流统计方式从技术上来讲有如下几种：1、红外对射，它的价格便宜，但是不能识别进出方向，也不能辨别多人同时进出的情况，准确率比较低，需要在人流出入口上安装立式的对射柱，会影响通行，但是它的实现成本较低。这是一种比较早期的方法，产品很多，鱼龙混杂，一些非常低端市场还在使用。2、红外幕帘，一般安装在出入口上部，能识别进出口方向，多人同行进出时准确率严重降低，实现成本中等。3、地面踏板开关，以前常见于公交车之类，但是多人同时进出无法分辨，也不能判断方向，成本较低，故障率比较高，维护成本高。这是一种原始的方法，已经趋于淘汰。4、早期的视频分析技术，采用运动目标的识别、绊线检测实现，常见 PC 后端分析，准确率一般，系统部署比较复杂，维护成本高，建设成本高。是国外 IOI，OV 等出品商传进来的技术，国产也有一些视频分析厂商在提供相应的 PC 软件。5、较新的双目视频分析技术，通过两个垂直向下镜头的视场相差，识别通过目标的高低程度，判断是否为常见人体高度，来判断人流和方向。但是它的系统建设成本很高。这也是国外厂商传进来的技术，国内的同类产品还不是很成熟。6、最新的基于模式识别的智能视频分析技术，采用单个垂直向下的摄像头，能对人头、肩膀形状，头发红外反射率等进行特征识别，识别出人体并且判断方向，而且仪器的部署简单，据说准确率可以做到 95%以上。国内的一些研究者开始用 Hough 变换圆技术来统计客流量。浙江大学信息与电子工程学系研究出应用于公交客流统计的机器视觉方法，其运用 Hough 变换对类似圆进行检测，并且针对 Hough 变换的结果进行结合模糊置信度的感知聚类，从而有效去除了视频中虚假候选头部的轮廓，比较准确地在视频中圈出乘客，实现了视频视场中每个乘客的南京工业大学本科生毕业论文（设计）3准确定位。现场的实验结果显示,应用该方法进行公交客流量统计，准确率可高达 85%以上。还有青岛大学自动化学院研究的基于边缘背景差法和 Hough 变换的公交乘客头部检测方法，由 Hough 变换检测获得乘客的头部圆形轮廓，然后从视觉感知的角度消除虚假轮廓，从而能检测出乘客识别的头部，统计出客流人数 4。1.3 全文安排第一章已经比较详细的介绍了本篇论文的目的和意义，以及关于客流统计国内外现状，比较全面地认识了该课题。该课题的中心思想是利用 Hough 变换圆技术在视频中判定类似圆形状的客人头型，统计并得出客流量。最后需要在 MATLAB 软件中模拟仿真。如下介绍全文的安排：第一章：论文的目的和意义，关于客流统计的国内外现状以及全文安排。这一章是给读者一个全面宽广的认识，大致理解本文的中心思想：利用 Hough 变换对视频实现客流统计。第二章：Hough 的原理。这章详细的概述了什么是 Hough 变换，Hough 变换的基本思想以及 Hough 变换对圆和类似圆两种不同类型进行判别的基本理论和依据。第三章：第三章是本文的重点，主要讲基于 Hough 变换圆技术的客流统计在MATLAB 实现。其中会介绍 MTALBA 的功能用处，MATLAB 界面 GUIDE 的生成，Hough 变换圆对图像的处理，客流统计在 MATLAB 中的模拟实现以及模拟成果展示。第四章：文章的归纳和总结。概述全文，归纳模拟成果以及意义，并且提出文中不足和有待改进之处。总结大学期间所得所想所获，完成毕业。第二章 Hough 变换原理4第二章 Hough 变换原理2.1 Hough 的概述Hough 变换是在图像中识别几何形状的基本图像处理方法之一。 Hough 变换参数空间的原理是在于利用点与线的对偶性使得原始图像空间的给定的曲线通过曲线表达形式转化为参数空间的一个点，给出通过点和线的原始对偶的形象，转化为寻找参数空间中的峰值问题。也即把检测整体特性转化为检测局部特性。比如:直线、椭圆、圆、弧线等。2.2 Hough 变换的基本思想Hough 变换的基本思想是利用点线的对偶性，即图像空间共线的点对应在参数空间里相交的线，反过来，在参数空间中交与同一个点的所有直线在图像空间里都有相应的点与之相对应 5。在图像空间 X-Y 中，所有共线的点 都可以用直线方程描述为：yx,（2-1）cm其中 是直线的斜率， 是截距，式（2-1）也可以改写为：mc（2-2）yx上式可以当作为参数空间中的一条直线方程，其中直线的斜率是 ，截距是 。xy比较式（2-1 ）和式（2-2 ） ，可以看出，图像空间中的一点 对应于参数空间中的,一条直线，而图像空间中的一条直线又是由参数空间中的一个点 来决定的。Houghcm变换的基本思想就是将上述两式看作时图像空间中的点和参数空间中的点的共同的约束条件，由此定义一个从图像空间到参数空间的一对映射，图 2-1 体现了这种点与线之间的对偶关系。图 2-2 所示图像空间中位于同一直线的点， 所示是图像中直线上的点经a b过式（2-2 ）映射到参数空间中的一条直线。图像空间中的一条直线上的点经过 hough 变换后，对应参数空间中的直线相交于一点，这一点是确定的，确定该点在参数空间中的位置就可以知道图像中直线的参数。Hough 变换把在图像空间中的直线检测问题转换到参数空间里对点的检测问题，通过在参数空间里进行简单的累加计算便能完成检测任务。南京工业大学本科生毕业论文（设计）5图像空间中的单点 参数空间中的直线ab图 2-1 图像空间中的点与参数空间中的直线对偶示意图图像空间中位于同一直线上的点 参数空间中的直线ab图 2-2 图像空间中的直线与参数空间中的点对偶示意图在具体的计算过程中，需要把参数空间 M-C 离散化为二维的累加数组，设这个数组为 ，同时设 和 分别为斜率和截距的取值范围。开始时置数组 Acm,maxin,maxin,c全为零，然后对每一个图像空间中的给定边缘点，让 m 取遍 内所有可能的值，maxin,并根据式(2-2)算出对应的 。再根据 和 的值(设都已经取整 )对数组元素cc。累加结