一種基於vrg顏色空間提高運動檢測質量的方法
2023-06-01 00:15:11 1
專利名稱：一種基於vrg顏色空間提高運動檢測質量的方法
技術領域：
本發明屬於圖像處理的模式識別領域，典型應用於智能視頻監控，具體涉及一種 基於VRG的特殊顏色空間提高運動檢測質量的方法。
背景技術：
現有的主流實際應用的智能視頻監控系統的運動檢測算法通常使用灰度圖像來 實現。它們在算法層面上沒有應用彩色信息，通常使用HSV，或者歸一化的RGB等顏色空間。 這2者都各自有各自的優點和缺點。HSV空間對顏色的描述符合人對顏色的直觀感受。HSV顏色空間將RGB顏色空間 轉換成Hue (色度)，Saturation (飽和度)以及Value (亮度)信息，每個維度所代表的物 理意義不同。在此空間中，將亮度信息單獨提出來可以對陰影有針對性地進行判斷；如當亮 度稍微低於背景模型，但是色度和飽和度非常接近時，此像素很有可能是被陰影覆蓋的背 景。但是由於原始圖像的採集通常採用的是RGB格式，而再將RGB轉換為HSV是較複雜的 操作。對於實時監控系統來說，這些複雜的操作會增加原本就緊張的CPU的壓力。另外，也 正是由於HSV空間中每個維度所代表的物理意義不同，所以在此空間中進行前景背景的分 離，缺乏直觀的物理意義。所以在HSV空間上發現的圖像「差別」和人眼的感覺較難匹配。歸一化的RGB空間計算起來非常簡單。如果一個像素的顏色值定義為(氏G, B》，
那麼歸一化的rigibi定義為 Rt g'=Rl+GGl+Bl [。。。7] 對RGB顏色空間進行歸一化的直接目的是通過去除亮度信息從而避免陰影對運 動檢測的影響。由於rigibi的和為1，上述三個方程中只有兩個是獨立的。所以對於背景減 除法中背景和前景的實際分辨能力完全等效於在上面3個通道中任選兩個組成的兩維空 間的分辨能力。此分辨能力的高低直接影響運動檢測的敏感度及誤報警率。歸一化的rigibi 為了避免陰影的影響而付出了剔除全部亮度信息的代價。這有些得不償失。亮度信息其實 也是區分真實運動物體和背景的有效信號。由於亮度信息可以理解為多通道顏色信息的 一種加權平均，所以它的值較單一通道的顏色值更穩定。尤其是在灰暗區域，由於單獨的顏 色通道的信號噪音很強，亮度值可能變成了唯一可以依賴地背景前景分辨信號。綜上所述， 由於亮度信息在歸一化的過程中被剔除掉了，歸一化的RGB空間實質上等效於一個兩維空 間。雖然歸一化過程提高了抵抗陰影的影響能力，但是和三維顏色空間的運動檢測方法相 比，兩維空間(即歸一化的RGB空間)的運動檢測的敏感度降低了，完全沒有達到使用三維 空間數據所能達到的程度。
另外，上述兩種方法都遇到的一個問題就是，在圖像的暗區，顏色信息的信噪比很 低。即使在一般亮度區域，如果色彩的飽和度比較低(接近灰色)，色度信息通常也含有較 大的噪音，直接比較顏色信號容易產生誤報警。所以，根據上述可以看出，提出一種針對運動檢測常見問題的新的顏色空間是非 常有必要的。其必須定義簡單有效，適用於實時系統，同時可以避免上述兩種顏色空間各自 存在的一些弊端，在有效降低陰影對誤報警的影響的同時，還需提高運動物體檢測的敏感 性和可靠性
發明內容
本發明提供一種基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其定義簡單有效， 適用於實時系統，同時可以避免現有的兩種顏色空間(HSV顏色空間和歸一化的RGB顏色空 間)各自存在的弊端，在有效降低陰影對誤報警的影響的同時，還能提高運動物體檢測的 敏感性和可靠性。為了實現上述目的，本發明提供了一種基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方 法，該方法具體包含以下步驟步驟1、將圖像的像素信息由原始的RGB顏色空間轉換至VRG顏色空間；其中，所述的VRG顏色空間是對現有的HSV顏色空間和歸一化的RGB顏色空間的
結合，定義為 其中，(Ri Gi Bi)分別表示某一像素的RGB(紅、綠、藍)顏色值，ri gi分別表示該 像素歸一化後的紅、綠顏色值，Vi表示該像素的亮度信息；步驟2、在VRG顏色空間中，通過使用增強的顏色值對像素進行歸一化來降低昏暗 像素的色彩噪音；具體步驟如下所示S = Rj+Gi+BiSs = S+Δ 其中，Δ表示顏色增加的固定值，對於24位彩色圖，Δ取值範圍為[10，50] ;Ss表 示增加了固定值後的顏色和。步驟3、在VRG顏色空間中，通過有選擇地屏蔽特定亮度範圍來消除運動物體的陰 影；
步驟3. 1、判斷當前像素是否被陰影覆蓋，若是，則執行步驟3. 3 ；若否，則執行步 驟3. 2;具體判斷步驟如下判斷當前像素的亮度值Vi是否落在[α，β]的範圍內，其中α的取值範圍為
； β值在通常情況下設為1.0，在反陰影現象存在時，β的取值範圍為[1.0， 1.5]；當判斷得到亮度值Vi落在[α，β]的範圍外時，表明該像素未被陰影覆蓋，執行 步驟3. 2 ；當判斷得到亮度值Vi落在[α，β]的範圍內時，表明該像素被陰影覆蓋，執行步 驟 3. 3 ；步驟3. 2、直接通過VRG顏色空間的三維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背景 差值D，具體的計算方法為 或 其中，Δ υ、Ar、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相應顏色信 息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通過常規的 背景模型更新來獲得；步驟3. 3、通過VRG顏色空間的R、G 二維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背景 差值D，即強制設置Δ υ = 0 ；具體的計算方法為 或 其中，Ar、Ag和步驟3. 2中一樣，是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間 的相應顏色信息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值 是通過常規的背景模型更新來獲得。步驟4、根據步驟3計算得到的前景背景差，在VRG顏色空間內，使用常規的背景減 除法來進行前景背景的分離以及背景模型的維護，進行運動圖像的檢測。本發明方法能有效地抑制剔除陰影，有效消除因運動物體陰影而造成的誤報警； 對於檢測到的運動物體的輪廓較基於灰度圖像的方法更為完整清晰，能有效增加運動檢測 的敏感性，這對智能視頻監控系統中的後續步驟，如跟蹤，分類等都具有極大的幫助。本發明方法不可避免的將會增大數據處理量，但是由於計算機以及DSP(數字信 號處理器)的處理速度不斷的發展和提高，同時由於在實際應用中的各項優化措施，在數 據處理量這方面的代價將不斷得到改善。
具體實施例方式以下通過具體的優選實施例，對本發明做具體說明。本發明提供了一種基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，該方法具體包含 以下步驟
步驟1、將圖像的像素信息由原始的RGB顏色空間轉換至VRG顏色空間；其中，所述的VRG顏色空間是對現有的HSV顏色空間和歸一化的RGB顏色空間的
結合，定義為 ri = Rl+Gl+Blg'、J:+A其中，(氏Gi B》分別表示某一像素的RGB(紅、綠、藍)顏色值，r,, gi分別表示該 像素歸一化後的紅、綠顏色值，v,表示該像素的亮度信息。該新定義的VRG顏色空間可以非常簡便地從原始的RGB顏色空間中轉換而來，不 會增加過多的數據處理量，相對於轉換到HSV顏色空間，更方便簡潔，而相對於歸一化的 RGB顏色空間，數據處理的操作相差無幾，這對於實時智能視頻分析系統是非常重要的。另外，由於VRG顏色空間中的r，g這兩維的物理意義是相同的(都是歸一化後的 顏色信息)，由它們所定義的距離在概念上更清楚；而不會像HSV顏色空間中每一通道都代 表完全不同的物理意義，但同時又保留了圖像像素的亮度信息。步驟2、在VRG顏色空間中，通過使用增強的顏色值對像素進行歸一化來降低昏暗 像素的色彩噪音；具體步驟如下所示S = Rj+Gi+BiSs = S+ A
s 其中，A表示顏色增加的固定值，對於24位彩色圖，A取值範圍為[10，50]，本實 施例中，A的預設值為30 ;Ss表示增加了固定值後的顏色和。該步驟2的所要解決的問題是，由於圖像在在灰暗區域，純顏色信息將變得很不 穩定，顏色噪音信號較大，信噪比較低。所以在灰暗區域主要依靠亮度信息，而在色彩鮮豔 明亮的區域則使用像素所有信號通道地信息(包括顏色信息)，而且這個步驟需要簡單易 行，過渡平滑。所以上述步驟2中最關鍵的一步是顏色加深的步驟，通過將顏色和增加一固定值 來實現；這個方法的好處是在顏色灰暗區域，由於Ss不可能很小，故歸一化後的gi的值 相應的就被壓縮，直接造成在對背景和前景的距離估算中所起的作用被降低。而在顏色鮮 明的區域，由於顏色值比該顏色增加的固定值相對較大，所以，其對r」 gi的影響較灰暗處 要小得多。同時由於在亮度通道Vi中，此增加的固定值是一個線型疊加的關係，所以對由 亮度通道對背景和前景的距離估算中沒有任何影響。但是通過這個簡單的步驟，確實現了 在圖像灰暗區域主要依靠亮度值，而隨著色彩的鮮明程度的提高，色彩信號逐漸穩定，對色彩信號的依賴也逐步平滑提高的目的。另外，如果圖像中的某個像素的亮度值適度降低後，同時其顏色信息保持穩定，那 麼此像素被定義為被陰影覆蓋。由於在運動檢測當中通常不對陰影進行跟蹤和報警，所以 我們必須提前將檢測得到的陰影過濾消除掉。所以必須進行下面所述的步驟3。步驟3、在VRG顏色空間中，通過有選擇地屏蔽特定亮度範圍來消除運動物體的陰 影；即在計算圖像中各像素的前景背景差值的過程中，利用亮度信息來消除陰影的影響；步驟3. 1、判斷當前像素是否被陰影覆蓋，若是，則執行步驟3. 3 ；若否，則執行步 驟3. 2;具體判斷步驟如下當某個像素被陰影覆蓋時，其亮度值如果適度降低，顏色信息卻同時可以保持相 對穩定；由於在運動檢測當中通常不對圖像陰影進行跟蹤和報警，所以檢測到的陰影應該 被過濾消除掉；從物體對光的反射特性來看，陰影對像素亮度值的影響會集中在特定的範圍之 內，也就是被陰影覆蓋的像素亮度值位於[a，的範圍之內，其中，a的取值範圍為
；當陰影越深時，a的值就越小j值通常設為1.0;當存在「反陰影」現象，而 需要消除反陰影時，0的取值將增大，具體的取值範圍為[1.0，1.5]；所述的反陰影現象是 指由於局部光照增強而產生的亮度變化，例如陽光從雲縫中直接照射出來而產生的亮度 增強現象，這種現象和陰影的概念在數學本質上是相同的，只是數學符號相反；所以判斷當前像素是否被陰影覆蓋，就只需要判斷當前像素的亮度值\是否落在 [a, 的範圍內，當亮度值Vi落在[a，的範圍內時，執行步驟3. 3，當亮度值\落在 [a , 的範圍外時，執行步驟3.2 ；步驟3. 2、此時，由於根據步驟3. 1的判斷，當前像素的亮度值落在判斷陰影的指 定範圍之外，表明當前像素未被陰影覆蓋，故當前像素的亮度信息就可參與到前景背景的 差異計算當中；由此直接通過VRG顏色空間的三維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背 景差值D，具體的計算方法為 或 其中，A u、Ar、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相應顏色信 息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通過常規的 背景模型更新來獲得，對於所採用的不同背景模型，可採用不同的獲得背景像素值的方法， 具體的就不在此處作詳細描述，其不屬於本專利方法所討論的範圍；步驟3. 3、此時，由於根據步驟3. 1的判斷，當前像素的亮度值落在判斷陰影的指 定範圍之內，表明當前像素被陰影覆蓋，需要將該陰影消除，故強制設置A u =0，使得當 前像素由陰影影響所引起的亮度變化被剔除出前景背景的差異計算；由此只通過VRG顏色 空間的R、G 二維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背景差值D(即強制設置A u =0)； 具體的計算方法為 或
其中，Ar、Ag和步驟3. 2中一樣，是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間 的相應顏色信息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值 是通過常規的背景模型更新來獲得。步驟4、根據步驟3計算得到的前景背景差，在VRG顏色空間內，使用常規的背景減 除法來進行前景背景的分離以及背景模型的維護，進行運動圖像的檢測。本發明方法能有效地抑制剔除陰影，尤其是在室內環境當中，人行走時在牆面、地 面上所形成的影子得到了有效的控制和抑制，有效消除因運動物體陰影而造成的誤報警; 另外，對於檢測到的運動物體的輪廓較基於灰度圖像的方法更為完整清晰，能有效增加運 動檢測的敏感性，這對智能視頻監控系統中的後續步驟，如跟蹤，分類等都具有極大的幫 助。本發明方法不可避免的將會增大數據處理量，理論上限是基於灰度圖像方法的3 倍，但是由於計算機以及DSP的處理速度不斷的發展和提高，同時由於在實際應用中的各 項優化措施，圖像速度保持在較灰度圖相比的一半左右甚至更快，在數據處理量這方面的 代價將不斷得到改善。
權利要求
一種基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，具體包含以下步驟步驟1、將圖像的像素信息由原始的RGB顏色空間轉換至VRG顏色空間；步驟2、在VRG顏色空間中，通過使用增強的顏色值對像素進行歸一化來降低昏暗像素的色彩噪音；步驟3、在VRG顏色空間中，通過有選擇地屏蔽特定亮度範圍來消除運動物體的陰影；步驟4、根據步驟3計算得到的前景背景差，在VRG顏色空間內，使用常規的背景減除法來進行前景背景的分離以及背景模型的維護，進行運動圖像的檢測。
2.如權利要求1所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟2中的對像素使用增強的顏色值進行歸一化的步驟為 其中，(Ri Gi Bi)分別表示某一像素在RGB顏色空間中的紅、綠、藍顏色值，ri; gi分別 表示該像素歸一化後的在VRG顏色空間中的紅、綠顏色值，Vi表示該像素在VRG顏色空間中 的亮度信息；Δ表示顏色增加的固定值，對於24位彩色圖，Δ取值範圍為[10，50] ;Ss表示 增加了固定值後的顏色和。
3.如權利要求1所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3，具體包含以下步驟步驟3. 1、判斷當前像素是否被陰影覆蓋，若是，則執行步驟3. 3;若否，則執行步驟3. 2 ；步驟3. 2、直接通過VRG顏色空間的三維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背景差值D ；步驟3. 3、通過VRG顏色空間的R、G 二維顏色信息，計算圖像中各像素的前景背景差值D0
4.如權利要求3所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3.1中，具體判斷過程為判斷當前像素的亮度值Vi是否落在[α，β]的範圍內，其中α的取值範圍為W.2， 0.8] ； β 值設為 1. 0 ；當判斷得到亮度值Vi落在[α，β]的範圍外時，表明該像素未被陰影覆蓋，執行步驟3. 2 ；當判斷得到亮度值Vi落在[α，β]的範圍內時，表明該像素被陰影覆蓋，執行步驟
5.如權利要求4所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，當存 在反陰影現象時，β的取值範圍為[1.0，1.5]。
6.如權利要求3所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3. 2中，計算前景背景差值D的方法為 其中，Δ υ、ΔΓ、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相應顏色信息相 減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通過常規的背景 模型更新來獲得。
7.如權利要求3所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3. 2中，計算前景背景差值D的方法為 其中，Δ u、Ar、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相應顏色信息相 減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通過常規的背景 模型更新來獲得。
8.如權利要求3所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3. 3中，計算前景背景差值D的方法為D = I Δγ|+ Ag ；其中，強制設置Δ υ = O ;ΔΓ、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相 應顏色信息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通 過常規的背景模型更新來獲得。
9.如權利要求3所述的基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其特徵在於，所述 的步驟3. 3中，計算前景背景差值D的方法為D = √(Ar)2+(Ag)2 ；其中，強制設置Δ υ =O ;ΔΓ、Ag是通過將前景像素和背景像素的VRG顏色空間的相 應顏色信息相減得到的；所述的前景像素值是當前圖像的像素值；所述的背景像素值是通 過常規的背景模型更新來獲得。
全文摘要
本發明公開了一種基於VRG顏色空間提高運動檢測質量的方法，其利用像素的二維顏色信息和亮度信息進行檢測，具體步驟為將圖像的像素信息轉換至VRG顏色空間；通過使用增強的顏色值對像素進行歸一化來降低昏暗像素的色彩噪音；通過有選擇地屏蔽特定亮度範圍來消除運動物體的陰影；在VRG顏色空間內，使用常規的背景減除法來進行運動圖像的檢測。本發明提供的運動圖像檢測方法，定義簡單有效，適用於實時系統，同時可以避免現有的兩種顏色空間各自存在的弊端，在有效降低陰影對誤報警的影響的同時，還能提高運動物體檢測的敏感性和可靠性。
文檔編號G06K9/62GK101866492SQ20091005709
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者範柘 申請人:上海安維爾信息科技有限公司