基于視覺(jué)的煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)，尤其涉及一種基于視覺(jué)的煤礦井下 作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了杜絕煤礦特、重大事故發(fā)生，煤礦嚴(yán)禁超定員生產(chǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦井下作業(yè)人 數(shù)是防止超定員生產(chǎn)的有效措施之一。目前，煤礦井下作業(yè)人數(shù)是通過(guò)井下人員攜帶標(biāo)識(shí) 卡來(lái)計(jì)數(shù)的，標(biāo)識(shí)卡系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別多人一卡現(xiàn)象，時(shí)常出現(xiàn)漏讀，因而不能準(zhǔn)確計(jì)數(shù)煤礦井 下作業(yè)人員，煤礦井下作業(yè)人數(shù)無(wú)法得到有效監(jiān)管。
[0003] 需要一種解決或至少改善現(xiàn)有技術(shù)中固有的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題的煤礦井下作業(yè)人 員計(jì)數(shù)方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于視覺(jué)的煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng) 可以對(duì)煤礦井下作業(yè)人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)，無(wú)需人員主動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0005] 根據(jù)一種實(shí)施例形式，提供一種基于視覺(jué)的煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)，本 發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：系統(tǒng)主要包括成像設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理服務(wù)器和報(bào)警器； 所述成像設(shè)備安裝在井下每個(gè)作業(yè)區(qū)；所述圖像處理服務(wù)器接收通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的各 個(gè)作業(yè)區(qū)的場(chǎng)景圖像，檢測(cè)圖像中的人員目標(biāo)并計(jì)數(shù)，若超過(guò)了限定的人數(shù)，則觸發(fā)報(bào)警器 發(fā)出聲光報(bào)警；
[0006] 所述系統(tǒng)檢測(cè)和計(jì)數(shù)圖像中人員目標(biāo)的方法是：圖像中的人員目標(biāo)用圖像中的一 塊橢圓區(qū)域表征，定義圖像中的橢圓空間X= [0,XM]X[0,YM]X[a^，aM]X[bm，bM]X[0， π]，其中，XM和YM分別表示圖像的寬度和高度，（a"，aM)和ΟνbM)分別表示橢圓長(zhǎng)軸和 短軸的最小值與最大值，Θe[0,jt]表示橢圓的方向；用隨機(jī)模型表達(dá)圖像內(nèi)容，圖像中 橢圓的出現(xiàn)則是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，用Gibbs密度描述所述隨機(jī)過(guò)程S
其 中，U(o)表示橢圓隨機(jī)過(guò)程的勢(shì)能，〇 = {(6^=(Xp1?)，. . .，on=(Xn，mn)}eX表示橢圓 隨機(jī)過(guò)程的一種配置，
'為歸一化常數(shù)；尋找使Gibbs密度最大的橢 OfGO 圓配置，即解優(yōu)化問(wèn)題0 =嘩顧；<〇)，統(tǒng)計(jì)?中的橢圓個(gè)數(shù)，即為人員總數(shù)目。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 通過(guò)以下說(shuō)明，附圖實(shí)施例變得顯而已見，其僅以結(jié)合附圖描述的至少一種優(yōu)選 但非限制性實(shí)施例的示例方式給出。
[0008] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的連接示意圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)檢測(cè)作業(yè)區(qū)場(chǎng)景中人員目標(biāo)的流程圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中人員目標(biāo)表征示意圖。
[0011] 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)中人員目標(biāo)候選區(qū)域與背景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 如圖1所示實(shí)施示例中，所述報(bào)警系統(tǒng)組成包括：
[0013] 1.圖像處理服務(wù)器，控制并接收各個(gè)作業(yè)區(qū)成像設(shè)備的圖像采集，檢測(cè)圖像中人 員目標(biāo)并計(jì)數(shù)，當(dāng)超過(guò)了限定的人數(shù)時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警器發(fā)生聲光報(bào)警。
[0014] 2.核心交換設(shè)備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的核心管理和交換設(shè)備，負(fù)責(zé)所有接入有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 的管理和數(shù)據(jù)交換，用以太網(wǎng)組網(wǎng)，傳輸介質(zhì)使用光纖。
[0015] 3.接入交換設(shè)備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接入設(shè)備，負(fù)責(zé)將設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換。
[0016] 4.成像設(shè)備，采用具有光纖接口的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，安裝在各個(gè)作業(yè)區(qū)上方。
[0017] 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)檢測(cè)作業(yè)區(qū)場(chǎng)景圖像中人員目標(biāo)的流程圖，對(duì)照?qǐng)D1流程，進(jìn)行 描述。
[0018] 煤礦井下作業(yè)人員必須佩戴安全帽，安全帽呈近圓形，且通常為黃色，與灰色背景 對(duì)比度明顯。在煤礦井下安裝捕捉作業(yè)區(qū)場(chǎng)景攝像機(jī)時(shí)，由于煤礦井下是巷道，攝像機(jī)光軸 通常與地面有大于〇小于90的夾角，因此，作業(yè)人員所配帶的安全帽在圖像中則呈近橢圓 形，基于以上兩點(diǎn)，圖像中的人員目標(biāo)用圖像中的一塊橢圓區(qū)域來(lái)表征。井下人員散布在一 定范圍內(nèi)作業(yè)，他們與攝像機(jī)的距離和視角各不相同，因此安全帽在圖像中的位置和形態(tài) 也各異，為此，在圖像中定義橢圓所屬空間X=KXM= [0,XM]X[0,YM]X[am，aM]X[bm， bM]X[0,π]，K表示橢圓位置空間，M表示橢圓屬性空間，XM和YM分別表示圖像的寬度和 高度，（am，aM)和（bm，bM)分別表不橢圓長(zhǎng)軸和短軸的最小值與最大值，ΘG[0，π]表不 橢圓方向，橢圓模型如圖3所示。用隨機(jī)模型表達(dá)圖像內(nèi)容，圖像中橢圓的出現(xiàn)則是一個(gè) 隨機(jī)過(guò)程，用Gibbs密度描述這個(gè)隨機(jī)過(guò)程S丨
U(o)表示橢圓隨機(jī)過(guò) 程的勢(shì)能，〇 = {〇!=(X^1?)，· ··，〇n= (xn，mn)}eX表示橢圓隨機(jī)過(guò)程的一種配置，
%歸一化常數(shù)；尋找使Gibbs密度最大的橢圓配置，即解優(yōu)化問(wèn)題 0 =argmax/?M，統(tǒng)計(jì)d中的橢圓個(gè)數(shù)，即為人員總數(shù)目。
[0019]勢(shì)能函數(shù)U(o) =Up(o)+Ud(o)，Up(o)表示先驗(yàn)?zāi)芰?，Ud(o)表示數(shù)據(jù)能量。
[0020] 考慮到井下作業(yè)區(qū)人員有時(shí)會(huì)相互遮擋，在圖像中則表現(xiàn)為橢圓會(huì)有重疊，U>) 根據(jù)每個(gè)橢圓與鄰近橢圓的最大重疊進(jìn)行懲罰，定J
〇1， 〇])e[0, 1]表示重疊系數(shù)
C為正常數(shù)，μ(·)為橢圓面積， μ(ο;Π〇公表不橢圓〇;與〇 的重疊面積，γ肩不對(duì)重疊關(guān)系懲罰的權(quán)重，它的大小隨著 橢圓間重疊面積的大小而變化，重疊面積大，則賦予較大權(quán)重，相應(yīng)先驗(yàn)?zāi)芰恳苍酱蟆?br>[0021]數(shù)據(jù)項(xiàng)Ud(o)表達(dá)了圖像中一個(gè)候選橢圓區(qū)域是人員的置信度，安全帽在圖像中 是黃色橢圓，而背景為灰色，用兩者顏色特征差異大小來(lái)表征一個(gè)候選橢圓區(qū)域是人員的 置信度，即
[0022]
);表不候選橢圓區(qū)域，F(xiàn)(ο;)表不候選橢圓區(qū) 域的鄰域，如圖4所示。dB(〇1，F(xiàn)(〇1))表示候選橢圓區(qū)域顏色分布與其鄰域顏色分布的巴氏 距離：
[0023]
[0024] 其中，P] ( ·)和q] ( ·)分別表示候選橢圓區(qū)域與其鄰域顏色直方圖每一個(gè)bin對(duì) 應(yīng)的概率分布，L表示顏色直方圖bin的個(gè)數(shù)，將其歸一化到[_1，1]范圍，
[0025]
[0026] 其中，d。表示橢圓人員目標(biāo)區(qū)域與其鄰域顏色分布的巴氏距離的均值，D為一尺度 參數(shù)，〇d(dB)e[-1，1]評(píng)估了候選橢圓區(qū)域與其鄰域顏色分布的相似度，對(duì)于較小的巴氏 距離，〇d(dB)為正值，表示候選橢圓區(qū)域是人員的置信度大，負(fù)值表示候選橢圓區(qū)域是人員 的置信度低。
[0027] 利用基于生滅過(guò)程的模擬退火算法（SA)求解0 =argmax/ii〇)優(yōu)化問(wèn)題，算法包括 以下步驟：
[0028]E1.初始化溫度參數(shù)=0= ，時(shí)間離散化步長(zhǎng)δ=δ。；
[0029] Ε2.生的步驟：對(duì)于每個(gè)像素sei，如果沒(méi)有目標(biāo)存在，在s處以概率SB(s)增加 一個(gè)目標(biāo)，其中，
，z 為給點(diǎn)參數(shù)；
[0030] E3.排序步驟：計(jì)算配置目標(biāo)〇1的數(shù)據(jù)項(xiàng)ud (〇1)，按照數(shù)據(jù)能量遞減的順序排序；
[0031] E4.滅的步驟：對(duì)按照這種順序的每個(gè)目標(biāo)〇1計(jì)算死亡率
，其中 ap (〇;) =exp(_βU(ο;))，然后目標(biāo)以概率d(ο;)滅亡；
[0032]E5.收斂測(cè)試：如果步驟E2所加所有目標(biāo)恰好在步驟E4被滅亡，則實(shí)現(xiàn)收斂，算 法結(jié)束，否則，降低溫度T(n+1) =kT(n)和離散化步長(zhǎng)δ (η+1)=δ (η)-Δ δ，然后回到步 驟Ε2,其中η表示降溫次數(shù)，k< 1為常數(shù)，Δδ為常數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于視覺(jué)的煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主要包括成像 設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理服務(wù)器和報(bào)警器；所述成像設(shè)備安裝在井下每個(gè)作業(yè)區(qū)；所述圖 像處理服務(wù)器接收通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的各個(gè)作業(yè)區(qū)的場(chǎng)景圖像，檢測(cè)圖像中的人員目標(biāo) 并計(jì)數(shù)，若超過(guò)了限定的人數(shù)，則觸發(fā)報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警； 所述系統(tǒng)檢測(cè)和計(jì)數(shù)圖像中人員目標(biāo)的方法是：圖像中的人員目標(biāo)用圖像中的一塊橢 圓區(qū)域表征，定義圖像中的橢圓空間X= [oajxtojjxta^ajxtlvbjxto, 31]，其 中，XM和YM分別表示圖像的寬度和高度，（a^aj和〇3"，bM)分別表示橢圓長(zhǎng)軸和短軸的最 小值與最大值，Θe[〇,π]表示橢圓的方向；用隨機(jī)模型表達(dá)圖像內(nèi)容，圖像中橢圓的出現(xiàn)則是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，用Gibbs密度描述所述隨機(jī)過(guò)程即 表示橢圓隨機(jī)過(guò)程的勢(shì)能，〇= {(6^=(X (xn，mn)}eX表示橢圓隨機(jī)過(guò)程為歸一化常數(shù)；尋找使Gibbs密度最大的橢圓配置，BP，統(tǒng)計(jì)?中的橢圓個(gè)數(shù)，即為人員總數(shù)目。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺(jué)的煤礦井下作業(yè)人員超員報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括成像設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理服務(wù)器和報(bào)警器；在井下每個(gè)作業(yè)區(qū)安裝成像設(shè)備，圖像處理服務(wù)器接收通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的各個(gè)作業(yè)區(qū)的場(chǎng)景圖像，檢測(cè)場(chǎng)景圖像中的人員目標(biāo)并計(jì)數(shù)，若超過(guò)了限定的人數(shù)，則觸發(fā)報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警。該系統(tǒng)可以對(duì)煤礦井下作業(yè)人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)，無(wú)需人員主動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【IPC分類】G06K9/00, H04N7/18, G06T7/00
【公開號(hào)】CN105306909
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510801098
【發(fā)明人】伍云霞, 張宏
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日