基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法
2023-10-06 13:04:24
專利名稱：基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法
技術領域：
本發明涉及數字視頻監控領域，特別涉及一種基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法。
技術背景運動檢測是智能視頻監控系統的關鍵技術，其主要目的是從監控攝像機所捕捉的系列圖 像中檢測是否有物體運動，以在有運動發生時進行報警提醒。 目前常用的運動檢測技術主要有以下三種1. 光流法光流是圖像亮度的運動信息描述。光流法基於圖像中相鄰的亮度是相似的這一前提，即 圖像中亮度變化平穩。在該前提下光流法將三維空間的圖像表面亮度點的速率信息映射為近 似的二維運動場來進行計算。如果圖像中沒有運動目標，則光流矢量在整個圖像區域時連續 變化的，當物體和圖像背景存在相對運動時，運動物體所形成的速度矢量必然和領域背景速 度矢量不同，從而檢測出當前圖像存在運動。2. 背景差分法.-背景差分法通過建模和一定的學習獲得一個"背景幀"或"背景模型"，比如常用的高斯 背景模型，然後將當前幀和背景幀進行求差，差值超過一定閾值的像素點即認為是前景點或 者運動目標。當這些點的數目超過一定閾值即認為當前圖像存在運動。3. 幀間差分法幀間差分法計算圖像序列中連續的2、 3幀中所有的對應位置像素點的差值，並統計差值 大於一定閾值的像素點個數。當這些點的數目超過一定閾值即認為當前圖像存在運動。上述三種方法中，性能最好的是光流法，但其計算量太大，算法複雜耗時，不適於實時 實現；性能其次的是背景差分法，但其性能的優劣受背景建模方法的優劣影響很大，且目前 好的背景建模方法計算複雜度也都較高；而幀間差分法以其相對較低的複雜度和空間耗用率 以及較好的性能，在視頻監控中得到了較為廣泛的應用。目前絕大多數視頻監控產品需要將視頻編碼壓縮、運動檢測及其他諸如控制、報警、視 頻採集/傳輸、錄像等功能模塊集成到一個嵌入式數位訊號處理器(DSP)上。但是，DSP的處 理能力十分有限，往往僅是完成視頻編碼壓縮就幾乎消耗所有資源。以德州儀器公司的DM642 視頻壓縮專用DSP為例，採用R264標準以每秒25幀的速度壓縮一路D1 (720*576)大小視頻，DSP處理能力的消耗已經接近百分之百。幀間差分法的運動監測方法雖然較之其他方法簡單，但仍需耗費較大的資源，特別是其需要對相鄰兩幅圖像的每一對應像素點的像素值差是否小於某一閾值進行判斷統計，不利於DSP上的優化實現。因此，產品設計和開發需要盡可 能的降低運動檢測對處理器資源和存儲資源的需求，以確保整個視頻監控系統的實時實現， 如何達到這一目的，實已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。發明內容本發明的目的在於提供一種基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，以實現能將編碼 過程與運動檢測過程的有機結合，有效降低視頻編碼和運動檢測的總計算量。本發明提供的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，包括步驟1)設定將待檢測的 各幅圖像劃分成多個像素子塊時的各像素子塊尺寸；2)根據設定的各像素子塊尺寸將待檢測 的當前幀的區域圖像劃分成相應的像素子塊；3)自所述當前幀的區域圖像之前的各幀圖像或 預先建立的圖像模板中選擇一幀作為當前幀的區域圖像的參考幀，並根據所述當前幀的區域 圖像相應各像素子塊的位置分別計算所述參考幀與所述當前幀的區域圖像的相應各像素子塊 的像素絕對差和；4)將所獲得的各像素子塊的像素絕對差和與預設的運動閾值進行比較以找 出可能存在運動目標的各像素子塊；5)統計分析所找出的可能存在運動目標的各像素子塊判 斷所述待檢測的當前幀的區域圖像相對於參考幀圖像是否存在運動目標。其中，所述基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法還包括報警步驟，即當判斷出存在 有運動目標後發出警示。較佳地，所述步驟5)可包括步驟(1),計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊的 數目；(2)判斷所述數目是否超過預設值，若是，則判斷出當前幀的區域圖像相對於參考幀 圖像存在有運動目標。較佳地，所述步驟5)還可包括步驟(1)統計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊 的數目以及當前幀的區域圖像被劃分成的各像素子塊的總數目；(2)計算所述可能存在運動 目標的各像素子塊的數目與所i&總數目的比例；(3)判斷所述比例是否超過預設比例，若是， 則判斷出當前幀的區域圖像相對於參考幀圖像存在有運動目標。較佳地，所述步驟5)也可通過統計所述可能存在運動目標的各像素子塊的密度或連通性 來判斷是否存在運動目標。較佳地，所述當前幀的區域圖像所包含的區域為當前幀圖像的全部或為僅會出現運動目 標的區域。較佳地，步驟3)可採用&4/)，=￡￡|<:,,;^|來計算像素絕對差和，其中，Q為所述當前幀的區域圖像的一像素子塊中坐標位置為(力J)的像素亮度分量值，及w為所述參考幀圖像中與所述像素子塊相對應的像素塊中坐標位置為(力力的像素亮度分量值，A4Z)為像素絕 對差和。綜上所述，本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法較之於現有的以圖像像素 點為單位進行統計的幀間差分運動檢測方法，其按一定尺寸將待檢測圖像劃分為若干像素子 塊，通過統計分析可能存在運動目標的像素子塊來判斷當前圖像是否存在運動目標，而像素 子塊是否存在運動目標可以利用編碼器已經獲得的運動估計運算所得像素子塊的像素絕對差 和來進行判斷，從而極大的消除了運動檢測的計算量，降低了視頻編碼和運動檢測的總計算量c
圖1為本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法的操作流程示意圖。圖2為本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法的檢測區域示意圖。
具體實施方式
本實施例以採用H. 264編碼算法的視頻監控系統，並以所拍攝的視頻圖像大小為704*576 像素為例，對本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法進行詳細闡述。請參閱圖l，本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法首先執行步驟SIO，即設 定將待檢測的各幅圖像劃分成多個像素子塊時的各像素子塊尺寸，通常各像素子塊的尺寸是 相同的，例如可為16*16，或8*8，或8*16等，此外，也可根據實際圖像的尺寸將各像素子 塊的尺寸設置為不同值，在本實施例中，設定各像素子塊的尺寸為16*16 (即設定M:N-16)， 接著執行步驟Sll。在步驟Sll中，根據設定的各像素子塊尺寸將待檢測的當前幀的區域圖像劃分成相應的 像素子塊，例如，將704*576像素的整幅視頻圖像按照水平方向從左到右、垂直方向從上到 下的順序劃分為1584個子塊，並將各子塊逐個記為O、 1、 2、 3..... 1583,並建立與之對應的一張1584大小的表，記為7bg [1584]，用以保存每一 16*16像素塊是否存在運動的標誌。需要注意的是，為了減少內存需求和計算量，在對視頻圖像進行塊劃分時，也可只對預設的 可能會出現運動目標的區域進行塊劃分，並建立一張與之對應的表，通常可能出現運動目標 的區域包括門、窗等區域，請參見圖2，可能會出現運動目標的區域有3個，其中，檢測區域 一為像素起點坐標從(32， 32)至終點(384， 288)的矩形區域，檢測區域二為像素起點坐 標從(416， 32)至(672， 544)的矩形區域，檢測區域三為像素起點坐標從(32， 320)至 (544, 288)的矩形區域，由此，可僅對該三個檢測區域(即區域圖像)進行像素子塊的劃 分，接著執行步驟S12。在步驟S12中，自所述當前幀的區域圖像之前的各幀圖像或預先建立的圖像模板中選擇 一幀作為當前幀的區域圖像的參考幀，並根據所述當前幀的區域圖像相應各像素子塊的位置 分別計算所述參考幀與所述當前幀的區域圖像的相應各像素子塊的像素絕對差和(&4￡ )，通 常是選擇當前幀圖像的前一幀作為參考幀，此外，也可根據拍攝圖像的裝置(例如設置在銀 行門口的攝像機)在無任何運動目標出現時拍攝的各幅圖像建立的圖像模板作為參考幀，如此可提高運動目標檢測的準確性，當參考幀選定後，可根據&4" =|;|;|cu-及,，;|來計算像素絕對差和，其中，c"為所述當前幀的區域圖像的一像素子塊中坐標位置為(i,j)的像素亮 度分量值，《，;為所述參考幀圖像中與所述像素子塊相對應的像素塊中坐標位置為U, i)的像素亮度分量值，S4Z)為像素絕對差和，接著執行步驟S13。在步驟S13中，將所獲得的各像素子塊的像素絕對差和與預設的運動閾值進行比較以找出可能存在運動目標的各像素子塊，通常預設的運動閾值r!為一經驗值，可以通過實驗獲得，例如可為1500或2000等，對於比較後的結果可填入表7^^ [1584]中，即當所獲的各像素子塊的像素絕對差小於或等與預設的運動閾值時在表7^^ [1584]相應欄記為0，而所獲的各像素子塊的像素絕對差大於預設的運動閾值時在表T"g [1584]相應欄記為1，由此記為1的像素子 塊即為可能存在運動目標的各像素子塊，接著執行步驟14。在步驟S14中，統計分析所找出的可能存在運動目標的各像素子塊判斷所述待檢測的當 前幀的區域圖像相對於參考幀圖像是否存在運動目標，若存在有運動目標，則接著執行步驟 S15，否則結束，通常判斷是否存在有運動目標的方法有以下幾種1、根據找出的像素子塊的數目來進行判斷，主要包括以下步驟第一步統計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊的數目，即統計表^"g [1584] 各欄中記為l的欄的數目。第二步判斷所述數目是否超過預設值，若是，則判斷出當前幀的區域圖像相對於參 考幀圖像存在有運動目標。2、 根據找出的像素子塊的數目在總的像素子塊中所佔比例來進行判斷，主要包括以下 步驟第一步統計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊的數目以及當前幀的區域圖像被劃分成的各像素子塊的總數目，即統計表7^^ [1584]各欄中記為1的欄的數目及總 的欄目數目。第二步計算所述可能存在運動目標的各像素子塊的數目與所述總數目的比例。 第三步判斷所述比例是否超過預設比例，若是，則判斷出當前幀的區域圖像相對於 參考幀圖像存在有運動目標，對於存在多個檢測區域的情形，對於每一檢測區域內， 可預先設定不同的預設比例，例如，對於圖2所示的檢測區域一，可將預設比例設定 為6%，對於檢測區域二，可將預設比例設定為10%，對於檢測區域三，可將預設比例 設定為20%，對不同的檢測區域設置不同的預設比例，目的在於對重視程度不一的監控區域採取不同嚴格程度的運動目標的檢測。3、 通過統計所述可能存在運動目標的各像素子塊的密度或連通性來判斷是否存在運動目標，由於密度的統計或連通性的統計都為本領域技術人員所熟悉，故在此不再詳述。在步驟S15中，當判斷出存在有運動目標後發出警示，對於視頻監控系統，當檢測到有 運動目標時，通常即說明有人從門或窗出入，故發出警示以引起監控人員的注意，以便能及 時趕赴現場察看，以避免損失的發生。由上述可見，本發明的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法通過對圖像進行像素子 塊的劃分，並分別計算各像素子塊的像素絕對差和來判斷當前圖像是否存在運動目標，由此可有效減少處理器(例如DSP)的計算量；同時相對於現有技術，也能大大降低處理器的比較 運算處理；再有，由於在多數圖像編碼過程中也需要計算像素絕對差和，因此可將本發明的運動目標的檢測過程與圖像編碼過程有機結合，可充分利用編碼過程中的數據和計算結果， 如此可減少處理器對內存的讀寫操作，從而降低運動目標檢測對存儲器資源和處理器資源的消耗，有助於將本發明的技術融入資源十分有限的嵌入式平臺的視頻監控系統中；還有，由 於本發明先通過檢測像素子塊是否可能存在運動目標，進而再對可能存在運動目標的像素子塊進一步統計和分析以判斷出圖像中是否存在運動目標，如此提高了運動目標檢測的抗噪聲 能力和運動目標檢測的靈活性和準確性。
權利要求
1.一種基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於包括步驟1)設定將待檢測的各幅圖像劃分成多個像素子塊時的各像素子塊尺寸；2)根據設定的各像素子塊尺寸將待檢測的當前幀的區域圖像劃分成相應的像素子塊；3)自所述當前幀的區域圖像之前的各幀圖像或預先建立的背景圖像中選擇一幀作為當前幀的區域圖像的參考幀，並根據所述當前幀的區域圖像相應各像素子塊的位置分別計算所述參考幀與所述當前幀的區域圖像的相應各像素子塊的像素絕對差和；4)將所獲得的各像素子塊的像素絕對差和與預設的運動閾值進行比較以找出可能存在運動目標的各像素子塊；5)統計分析所找出的可能存在運動目標的各像素子塊以判斷所述待檢測的當前幀的區域圖像相對於參考幀圖像是否存在運動目標。
2. 如權利要求1所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於還包括報 警步驟，即當判斷出存在有運動目標後發出警示。
3. 如權利要求l所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於所述步 驟5)包括步驟(1) 統計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊的數目；(2) 判斷所述數目是否超過預設值，若是，則判斷出當前幀的區域圖像相對於 參考幀圖像存在有運動目標。
4. 如權利要求l所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於所述步 驟5)包括步驟(1) 統計所找出的可能存在運動目標的各像素子塊的數目以及當前幀的區域 圖像被劃分成的各像素子塊的總數目；(2) 計算所述可能存在運動目標的各像素子塊的數目與所述總數目的比例；(3) 判斷所述比例是否超過預設比例，若是，則判斷出當前幀的區域圖像相對 於參考幀圖像存在有運動目標。
5. 如權利要求l所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於在所述 步驟5)中，通過統計所述可能存在運動目標的各像素子塊的密度或連通性來判斷是否存在運動目標。
6. 如權利要求l所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於所述當前幀的區域圖像所包含的區域為當前幀圖像的全部或為僅會出現運動目標的區域。 7.如權利要求1所述的基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其特徵在於步驟3)採用&42)自=￡￡|(^，,-來計算像素絕對差和，其中，C^為所述當前幀的區域圖像的一像素子塊中坐標位置為(力i)的像素亮度分量值，i ,,y為所述參考幀圖像中與所述像素子塊相對應的像素塊中坐標位置為(力J)的像素亮度分量值，&4￡>為像素絕 對差和。
全文摘要
一種基於塊劃分的圖像中運動目標的檢測方法，其先設定將待檢測的各幅圖像劃分成多個像素子塊時的各像素子塊尺寸，然後據以將待檢測的當前幀的區域圖像劃分成相應的像素子塊，接著自當前幀之前的各幀圖像或預先建立的背景圖像選擇一幀作為參考幀，並根據所述當前幀的區域圖像相應各像素子塊的位置分別計算所述參考幀與所述當前幀的區域圖像的相應各像素子塊的像素絕對差和，接著再將所述各像素絕對差和與預設的運動閾值進行比較以找出可能存在運動目標的各像素子塊，最後統計分析各可能存在運動目標的各像素子塊以判斷待檢測的當前幀的區域圖像中是否存在運動目標，如此可將視頻編碼過程與運動檢測過程有機結合，有效降低視頻編碼和運動檢測的總計算量。
文檔編號G06T7/20GK101236656SQ200810034130
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者熊模昌, 郭春輝 申請人:上海華平信息技術股份有限公司