一種雙門限場面運動目標檢測方法及其系統的製作方法
2023-07-25 08:12:51
專利名稱：一種雙門限場面運動目標檢測方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及本發明屬於視頻檢測和民航場面監視技術領域，具體地說，，尤其是一 種基於視頻圖像的場面運動目標檢測方法及系統，涉及視頻背景的提取、運動目標檢測與 分割等一系列方法及系統。
背景技術：
場面目標跟蹤是機場場面監視領域的關鍵技術，其中基於視頻圖像的場面運動目 標監視方法是該領域一個重要的技術方向。在完成背景提取後，分割門限值的選取直接影 響到運動目標的檢測和跟蹤效果。當採用單一的固定門限值或自適應門限值時，由於視頻 圖像受場景內容及成像噪聲的影響，難以實現前景與背景的完整區分，前景目標的檢測和 跟蹤效果不穩定。例如，當門限值較低時會出現噪聲淹沒前景目標的現象，運動目標的檢測 和跟蹤完全失效；當門限值較高時，噪聲會被很好的消除，但也可能正確的前景目標也被抑 制掉，尤其是場面上較小的運動目標。現有成熟的目標檢測和跟蹤技術中，門限值的選取通常採用固定門限值或自適應 門限值等方法。固定門限值方法具有實現簡單、計算速度快等特點，適合簡單的場景。但當 遇到較複雜的場景及光照變化、目標與背景顏色接近時往往檢測失敗，該方法自適應性較 差。自適應門限值方法在門限選取策略上考慮背景和前景的差異，根據灰度統計信息選取 某個比例的灰度作為門限值進行背景和前景目標的分割。該方法常用在基於對比度分析的 目標檢測和跟蹤中，對於天空背景下目標的檢測和跟蹤有很好的效果，但對於複雜的地面 場景卻並不理想。
發明內容
本發明的目的是為了解決機場場面複雜背景和光照條件下運動目標檢測和跟蹤 的準確性、穩定性問題，提供了一種效果較好的雙門限目標檢測與跟蹤方法和系統，可以方 便地應用的實際系統中。為解決上述技術問題，本發明的雙門限場面目標檢測跟蹤方法採用以下步驟實 現
1.提取視頻幀亮度分量，並對亮度分量進行背景初始化和更新；
2.提取當前幀的亮度分量並與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDiff；
3.統計灰度差分圖像GrayDiff的均值A和標準方差σ；
4.根據第3步的計算結果，分別設定低門限和高門限值
T1 = Ε+4σ
ΤΜ = ε + 0σ ；
5.將灰度差分圖像GrayDiff分別按低門限和高門限值進行二值化得到運動目標的 粗分割結果；6.對二值化後的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲；
7.統計高門限二值化圖像中像素麵積J大於kTH的所有區域，並記為kM；
8.統計高門限二值化圖像中每個Aii對應的低門限二值化圖像區域中像素麵積J大於 Ak的所有區域，並記為A7i;
9.對低門限二值化圖像中標記為的A7區域進行標定並作為場面目標的坐標。在所述步驟1中，所述亮度分量的提前是指將輸入視頻轉換到YUV或YCbCr空間， 然後分理處亮度分量Y。在所述步驟2中，所述差分是指差值後再取絕對值，即灰度差分圖像GrayDiff中 各數據是通過當前幀中的各像素值與初始背景中相應位置的像素值做差值後再取絕對值 所得到的結果。所述步驟3中，所述均值A是指灰度圖像GrayDiff中所有像素點的平均值，所述 標準方差σ是指灰度圖像GrayDiff中各像素點與均值差值平方和的平方根。所述步驟4中，所述低門限Tl和高門限&根據灰度差分圖像GrayDiff中數據的 統計特點進行確定，即雙門限的取值是可以任意的，優選方案中低門限的值選取均值加4 倍的統計方差，高門限的值方差項係數為低門限方差係數的2倍以上。所述步驟5中，所述二值化是指分別按低門限和高門限值將灰度差分圖像 GrayDiff中高於門限值的像素置1 (對應灰度值為255)，低於門限值的像素置0 (對應灰度 值為0)。經低門限和高門限二值化處理後，分別得到低門限和高門限對應的二值化圖像。所述步驟6中，腐蝕和膨脹操作均採用3x3模板。所述步驟7中，高門限二值化圖像中，採用Carmy算子進行各區域的分割，保留並 記錄面積大於km的區域，其中km的取值為80個像素，需要說明的是區域khi在數量上並不唯一。所述步驟8中，低門限二值化圖像中區域A7i是通過統計步驟7中得到的區域khi 在低門限二值化圖像中對應像素麵積確定的，其中A7x的取值為350個像素，需要說明的是 區域A7i在數量上並不唯一。所述步驟9中，區域標定是指計算包含區域A7的矩形區域的左上角和右下角坐標 值，並將該坐標值作為對應場面目標的坐標。如圖2，本系統有視頻採集單元(含本地視頻採集單元和遠程視頻採集單元)、場 面目標檢測模塊、網路交換機/路由器、視頻解碼器、視頻存儲伺服器和DVR、視頻採集單元 控制模塊和顯示單元構成。視頻採集模塊包含本地視頻採集設備和遠程視頻採集設備，具 體指本地攝像機和遠程攝像機。本地視頻採集設備以區域網方式通過交換機/路由器與視 頻解碼器連接，遠程視頻採用設備通過網際網路或專用網絡與視頻解碼器連接。視頻解碼器 完成對本地或遠程視頻碼流的解碼，並將解碼數據發送給視頻預處理模塊，同時將視頻碼 流複製給視頻存儲伺服器和DVR設備。視頻存儲伺服器和DVR負責視頻碼流的記錄，供記 錄回放使用。視頻預處理模塊包括視頻幀抽取、視頻/圖像的預處理(包括圖像降噪、畫質 增強、解析度調整、畫面裁剪等)和幀存控制。視頻預處理模塊負責向場面運動目標檢測模 塊發送待處理數據。場面運動目標檢測模塊對視頻/圖像的內容採用雙門限場面運動目標 檢測方法實現對目標的檢測及坐標標定。場面運動目標檢測模塊的檢測結果直接發送給顯 示單元。顯示單元負責將場面運動目標檢測模塊的檢測結果疊加在對應的視頻/圖像上，並將最終結果送給各顯示設備。顯示設備包含投影、液晶屏、CRT顯示器和筆記本終端等。 視頻採集單元控制模塊實現對視頻採集設備的參數控制(如曝光時間、光圈大小、視頻/圖 像格式、壓縮標準、工作模式等)，通過交換機/路由器以區域網、網際網路或專用網的方式進 行通信控制。系統的硬體設備連接如圖所示。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是提供了一種效果較 好的雙門限目標檢測與跟蹤方法，可以方便地應用的實際系統中。
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發明檢測方法流程圖。圖2是本發明系統硬體框圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只 是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。如圖1，本發明的雙門限場面目標檢測跟蹤方法採用以下步驟實現 提取視頻幀亮度分量，並對亮度分量進行背景初始化和更新；
提取當前幀的亮度分量並與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDiff ； 統計灰度差分圖像GrayDiff的均值A和標準方差σ ； 根據第3步的計算結果，分別設定低門限和高門限值
T1 = Ε+Ασ
Th = 5 + 10α 將灰度差分圖像GrayDiff分別按低門限和高門限值進行二值化得到運動目標的 粗分割結果；
對二值化後的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲； 統計高門限二值化圖像中像素麵積J大於kTH的所有區域，並記為kM ； 統計高門限二值化圖像中每個Aii對應的低門限二值化圖像區域中像素麵積J大於Ak 的所有區域，並記為^；
對低門限二值化圖像中標記為的A7區域進行標定並作為場面目標的坐標。如圖2，所述系統包括視頻採集模塊、場面目標檢測模塊、網路交換機/路由器、顯 示設備；所述視頻採集模塊包含本地視頻採集設備和遠程視頻採集設備，具體指本地攝像 機和遠程攝像機；所述的本地視頻採集設備通過交換機/路由器與視頻解碼器連接，所述 的遠程視頻採集設備通過網際網路或專用網絡與視頻解碼器連接；所述的顯示設備包含投影、液晶屏、CRT顯示器和筆記本終端。 本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於包括以下步驟實現1)提取視頻幀亮度分量，並對亮度分量進行背景初始化和更新；2)提取當前幀的亮度分量並與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDifT；3)統計灰度差分圖像GrayDiff的均值A和標準方差σ；4)根據第3步的計算結果，分別設定低門限和高門限值；5)將灰度差分圖像GrayDiff分別按低門限和高門限值進行二值化得到運動目標的粗 分割結果；6)對二值化後的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲；7)統計高門限二值化圖像中像素麵積A大於km的所有區域，並記為khi；8)統計高門限二值化圖像中每個Aii對應的低門限二值化圖像區域中像素麵積A大於 Ak的所有區域，並記為A7i;9)對低門限二值化圖像中標記為的A7區域進行標定並作為場面目標的坐標。
2.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟1)中， 所述亮度分量的提前是指將輸入視頻轉換到YUV或YCbCr空間，然後分理處亮度分量Y。
3.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟2)中， 所述差分是指差值後再取絕對值，即灰度差分圖像GrayDiff中各數據是通過當前幀中的 各像素值與初始背景中相應位置的像素值做差值後再取絕對值所得到的結果。
4.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟3)中， 所述均值A是指灰度圖像GrayDiff中所有像素點的平均值，所述標準方差σ是指灰度圖 像GrayDifT中各像素點與均值A差值平方和的平方根。
5.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟4)中， 所述低門限TL和高門限TH根據灰度差分圖像GrayDiff中數據的統計特點進行確定，即雙 門限的取值是可以任意的，優選方案中低門限的值選取均值加4倍的統計方差，高門限的 值方差項係數為低門限方差係數的2倍以上。
6.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟5)中， 所述二值化是指分別按低門限和高門限值將灰度差分圖像GrayDiff中高於門限值的像素 置1即對應灰度值為255，低於門限值的像素置0即對應灰度值為0 ；經低門限和高門限二 值化處理後，分別得到低門限和高門限對應的二值化圖像。
7.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟6)中， 腐蝕和膨脹操作均採用3x3模板；所述步驟7)中，高門限二值化圖像中，採用Carmy算子進 行各區域的分割，保留並記錄面積大於Am的區域，其中Am的取值為80個像素，需要說明的 是區域Aii在數量上並不唯一。
8.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟8)中， 低門限二值化圖像中區域A7i是通過統計步驟7)中得到的區域Aii在低門限二值化圖像中 對應像素麵積確定的，其中kTL的取值為350個像素，需要說明的是區域A7i在數量上並不唯一ο
9.根據權利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特徵在於所述步驟9)中， 區域標定是指計算包含區域A7的矩形區域的左上角和右下角坐標值，並將該坐標值作為對 應場面目標的坐標。
10. 一種應用如權利要求1所述雙門限場面目標檢測跟蹤方法的系統，其特徵在於所 述系統包括視頻採集模塊、場面目標檢測模塊、網路交換機/路由器、顯示設備；所述視頻 採集模塊包含本地視頻採集設備和遠程視頻採集設備，具體指本地攝像機和遠程攝像機； 所述的本地視頻採集設備通過交換機/路由器與視頻解碼器連接，所述的遠程視頻採集設 備通過網際網路或專用網絡與視頻解碼器連接；所述的顯示設備包含投影、液晶屏、CRT顯示 器和筆記本終端。
全文摘要
本發明公開了一種基於視頻圖像的場面運動目標檢測方法及系統，涉及視頻背景的提取、運動目標檢測與分割等一系列方法及系統。所述系統包括視頻採集模塊、場面目標檢測模塊、網路交換機/路由器、顯示設備;本發明的有益效果是提供了一種效果較好的雙門限目標檢測與跟蹤方法及系統，可以方便地應用的實際系統中。
文檔編號G06T7/20GK102129692SQ20111007909
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者劉昌忠, 吳敏, 王娟, 王正寧 申請人:中國民用航空總局第二研究所