運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)

基于背景減法和幀差法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)電子與通信工程1670737應(yīng)用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)概述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是指對(duì)序列圖像使用基于信號(hào)檢測(cè)的方法自動(dòng)分離出運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)和靜止像素點(diǎn)，將變化區(qū)域從背景圖像中提取出來，一般是確定目標(biāo)所在區(qū)域和顏色特征，即檢測(cè)出場(chǎng)景中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的過程。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)通常處于計(jì)算機(jī)圖像、視頻處理工作底層，是各種后續(xù)高級(jí)處理或應(yīng)用，如目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)分類、目標(biāo)行為理解等的基礎(chǔ)。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠處理從攝像機(jī)捕捉到的視頻數(shù)據(jù)，并控制整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，從而賦予視頻監(jiān)控類似人類的智能，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)廣泛應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，可以通過目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)來判斷道路交通狀況，如：車輛超速、違規(guī)、交通事故等，也可監(jiān)測(cè)交通流量，以使交通指揮人員做出合理的調(diào)度。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)在軍事、安檢和航空航天等領(lǐng)域也得到越來越多的研究，一些項(xiàng)目已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中取得了相當(dāng)不錯(cuò)的效果。04紋理01顏色03流光02邊緣運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的基礎(chǔ)紋理：它是量化物體表面強(qiáng)度變化的量，一般需要生成描述算子灰度共生矩陣等使用紋理特征進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。顏色：目標(biāo)的外觀顏色與背景不同，可以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。在圖像處理中，RGB顏色空間與HSV顏色空間都有廣泛應(yīng)用。邊緣：目標(biāo)的邊緣通常會(huì)有較大的亮度變化，而邊緣檢測(cè)可以捕捉這變化。邊緣這一特性不易受陽光等外界因素影響，比較簡(jiǎn)單精確。流光：它是一個(gè)定義了每個(gè)像素運(yùn)動(dòng)矢量的密集場(chǎng)。先假定連續(xù)幀中對(duì)應(yīng)像素的亮度值恒定，接著根據(jù)亮度約束進(jìn)行計(jì)算，常應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割和跟蹤。本文主要研究幀差法與背景減法。幀差法利用前后幀的邊緣特性，背景減法中主要基于目標(biāo)的顏色特性。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的特性與背景存在差異才能檢測(cè)出來。一些常見的目標(biāo)特性可以概括如下：幀差法定義原理基本步驟幀差法是最為常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和分割方法之一，在圖像序列相鄰兩幀或三幀間對(duì)應(yīng)像素灰度值發(fā)生變化，通過這些差異提取出圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域。將相鄰幀圖像對(duì)應(yīng)像素值相減得到差分圖像，然后對(duì)差分圖像二值化，在環(huán)境亮度變化不大的情況下，如果對(duì)應(yīng)像素值變化小于事先確定的閾值時(shí)，可以認(rèn)為此處為背景像素；如果圖像區(qū)域的像素值變化很大，將這些區(qū)域標(biāo)記為前景像素

背景減法背景減法，或稱背景差法，是目前運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中的主流方法，它是利用含有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的當(dāng)前圖像與背景圖像的差分來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的一種技術(shù)，將當(dāng)前幀與背景圖像進(jìn)行差分比較實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的檢測(cè)，其中區(qū)別較大的像素區(qū)域被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)區(qū)域，而區(qū)別較小的像素區(qū)域被認(rèn)為是背景區(qū)域。定義首先，用事先存儲(chǔ)或者實(shí)時(shí)得到的背景圖像序列作為背景模型，將當(dāng)前含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像幀和背景模型相減，其次，將計(jì)算結(jié)果在一定閾值T限制下進(jìn)行二值化，判斷出當(dāng)前圖像中出現(xiàn)的偏離背景模型值較大的像素，則為出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)像素。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與背景在灰度或色彩上存在差異，相減、閾值操作后得到的結(jié)果直接給出了目標(biāo)的位置、大小、形狀等，從而可得到較完整的目標(biāo)信息。步驟原理

基于MATLAB的幀差法實(shí)驗(yàn)MATLAB語法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有極強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算、圖形文字處理、數(shù)據(jù)分析和圖形繪制等功能，效率比較高。本文涉及的背景法與幀差法都是在MATLAB環(huán)境中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。兩幀差分法是最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法之一，由于其運(yùn)算量比較小，容易實(shí)現(xiàn)。然而由于兩幀差法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是前后兩幀求差的運(yùn)算，可能會(huì)攜帶兩幀的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，從而檢測(cè)出的目標(biāo)可能會(huì)比實(shí)際目標(biāo)要大，或不準(zhǔn)確。本文用三幀差分法代替兩幀差分法進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)。三幀差分法就是先對(duì)圖像進(jìn)行兩幀差分，再對(duì)差分后的圖像進(jìn)行“與”運(yùn)算，從而可以得到兩個(gè)差分圖像的相同區(qū)域，避免了兩幀差中檢測(cè)出的目標(biāo)被拉長(zhǎng)拉高的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以靜態(tài)背景下的視頻為例，以常見的車輛與行人作為要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。得到運(yùn)動(dòng)圖像后，一般要進(jìn)行連通性分析，常用的方法是先計(jì)算某一連通區(qū)域的面積，如果其面積大于事先設(shè)定的閾值，那么判斷此區(qū)域?yàn)?/p>