一種多幀間差分和背景減除的監(jiān)控系統(tǒng)背景更新方法

一種多幀間差分和背景減除的監(jiān)控系統(tǒng)背景更新方法

0化時(shí)自適應(yīng)的更新背景視頻監(jiān)控技術(shù)是近年來機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。例如，如何提取源，以適應(yīng)環(huán)境的變化，更新環(huán)境的背景是檢測和跟蹤后續(xù)運(yùn)動(dòng)物體的先決條件。目前人們已提出了多種背景更新算法,HeZhiwei本文在分析幾種典型背景自適應(yīng)提取算法的基礎(chǔ)上,針對(duì)室內(nèi)監(jiān)控特點(diǎn)提出一種簡單可行的自適應(yīng)背景更新方法,并在DM6437上實(shí)現(xiàn),論文給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。1更新背景的算法描述1.1從監(jiān)控區(qū)域開始,對(duì)環(huán)境進(jìn)行提取背景更新算法的第一步是建立初始背景,即去除了檢測區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的靜止部分。實(shí)際中監(jiān)控區(qū)域常常包含運(yùn)動(dòng)目標(biāo),這會(huì)造成相關(guān)背景被運(yùn)動(dòng)目標(biāo)遮擋,由此初始背景需要一定的背景提取方法來還原?？紤]到本文采用嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn),我們采用Surendra1.2背景備份幀的更新在室內(nèi)監(jiān)控過程中,當(dāng)背景發(fā)生變化時(shí)就需要進(jìn)行背景更新,背景變化包括兩種情況:一是光照變化;二是運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)出監(jiān)控區(qū)域所引起的背景變化。本文主要針對(duì)第二種情況進(jìn)行研究,這時(shí)背景更新與目標(biāo)檢測緊密聯(lián)系?，F(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測的主要方法有幀間差分法本方法主要使用四幀圖像,分別是背景建立中得到的初始背景B、新背景幀的備份幀B第二步:在第一步檢測到的新物體區(qū)域再用相鄰幀差來判斷是否要快速更新背景,也即如果相鄰幀差大于閾值,說明新物體連續(xù)運(yùn)動(dòng),不進(jìn)行更新;如果相鄰幀差小于閾值,說明場景中新物體已靜止,這時(shí)需要進(jìn)行背景備份幀更新。即:第三步:在D第四步:當(dāng)計(jì)數(shù)器Count小于閾值Thre時(shí),返回第一步,處理下一幀。直至達(dá)到閾值Thre時(shí)循環(huán)結(jié)束,將備份幀替換原始背景幀,并將對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器Count置為零,完成背景更新。由于存在一些新進(jìn)入背景的物體靜止一段時(shí)間后又離開,其對(duì)應(yīng)像素的計(jì)數(shù)器值Count停止加N,卻未達(dá)到閾值Thre。為避免這些不為零的計(jì)數(shù)器值對(duì)下次背景更新計(jì)數(shù)產(chǎn)生干擾,系統(tǒng)在每次循環(huán)中將各個(gè)像素對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器值(最小為0)減1,把備份幀更新中止,未達(dá)到閾值的計(jì)數(shù)器值逐步清零。2結(jié)果與分析2.1dm643視頻處理模塊為了驗(yàn)證算法的有效性,在DSP系統(tǒng)上進(jìn)行了編程試驗(yàn)。采用的DSP系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示:該系統(tǒng)以DM6437為核心,包括攝像頭、TVP5146視頻解碼器、DDR存儲(chǔ)器和LCD顯示屏。DM6437有專門的視頻處理子系統(tǒng),分為前端和后端兩部分,視頻前端用于外接輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù),為多種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻輸入提供接口,并為輸入的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)作必要的預(yù)處理;視頻后端用于輸出數(shù)字視頻數(shù)據(jù),驅(qū)動(dòng)顯示視頻圖像。另外TI提供了一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核DSP/BIOS,其使用“類/微型驅(qū)動(dòng)模型”結(jié)構(gòu)來開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)2.2離子束上y4本系統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)室為檢測區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),輸入圖像格式為YUV4:2:2,分辨率為720*480。為了減少計(jì)算量,抽取其中的亮度信號(hào)Y進(jìn)行處理,同時(shí)去除色差信號(hào),故LCD顯示為灰度圖像。2.2.1私家車更新”后的靜態(tài)環(huán)境圖2是靜態(tài)背景的自適應(yīng)建立過程。在該過程中,起初杯子放置在桌子上,如圖2(a)所示;在靜態(tài)背景的建立過程中,杯子移走后就會(huì)被逐漸更新掉,不再作為背景,如圖2(b)所示,即顯示杯子逐漸淡化、被更新掉的過程。背景提取完成后就可以獲得清晰的靜態(tài)背景圖像。在后續(xù)檢測時(shí),為便于目標(biāo)的識(shí)別,我們將靜態(tài)背景設(shè)置為黑色。2.2.2連續(xù)兩幀均值替代背景備份幀圖3(a)-(d)顯示的是杯子進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域靜止一段時(shí)間之后,被作為新背景進(jìn)行背景更新的過程。實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)背景如圖2(b)所示,在監(jiān)控過程中當(dāng)杯子被放置進(jìn)檢測區(qū)后,通過背景差除法即可檢測出來,圖3(a)為檢測出的初始目標(biāo)圖像。然后由幀差法檢測到杯子靜止,這時(shí)背景備份開始更新,采用連續(xù)兩幀均值直接代替背景備份幀的方法,可以使備份幀各個(gè)像素點(diǎn)在較短時(shí)間內(nèi)完成更新,避免了通常更新方法中更新時(shí)間較長、更新區(qū)域逐步“變黑”的過程。圖3(b)是開始更新后輸出的目標(biāo)差分圖像,圖3(c)則是更新結(jié)束瞬時(shí)輸出的背景更新圖像,從圖3(c)可以看出更新完成瞬時(shí)杯子的邊緣部分仍然存在亮點(diǎn),其原因是物體邊緣反射光線不穩(wěn)定,從而影響了部分像素點(diǎn)的備份幀數(shù)據(jù)。圖3(d為邊緣亮點(diǎn)消除后獲得的背景。算法中閾值大小對(duì)背景更新有很大影響,如果背景差除法的閾值T1過小,則原始背景里物體邊緣處光線變化較大,會(huì)被誤認(rèn)為有運(yùn)動(dòng)物體,LCD上顯示為亮點(diǎn);而閾值太大則會(huì)漏檢運(yùn)動(dòng)不明顯的物體,試驗(yàn)采用經(jīng)驗(yàn)值24。同樣在幀差法中的閾值T2過小時(shí),進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域并靜止下來的目標(biāo)邊緣處光線變化較快,會(huì)誤認(rèn)為目標(biāo)在持續(xù)運(yùn)動(dòng),不更新或者時(shí)斷時(shí)續(xù)更新,這會(huì)導(dǎo)致更新完成后其邊緣處還會(huì)有細(xì)小的干擾亮點(diǎn);如果閾值過大則容易受噪聲影響。試驗(yàn)采用經(jīng)驗(yàn)值8,可以得到滿意的效果。3備份幀、計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)閾值本文采用的自適應(yīng)更新算法將背景減除法和幀差法結(jié)合起來,通過檢測運(yùn)動(dòng)區(qū)和非運(yùn)動(dòng)區(qū)來實(shí)現(xiàn)背景更新。算法中引入了備份幀、計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)閾值,計(jì)數(shù)器