專利名稱：一種雙門限場面運動目標檢測方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明屬于視頻檢測和民航場面監(jiān)視技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，，尤其是一 種基于視頻圖像的場面運動目標檢測方法及系統(tǒng)，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(tǒng)。
背景技術(shù)：
場面目標跟蹤是機場場面監(jiān)視領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，其中基于視頻圖像的場面運動目 標監(jiān)視方法是該領(lǐng)域一個重要的技術(shù)方向。在完成背景提取后，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。當采用單一的固定門限值或自適應(yīng)門限值時，由于視頻 圖像受場景內(nèi)容及成像噪聲的影響，難以實現(xiàn)前景與背景的完整區(qū)分，前景目標的檢測和 跟蹤效果不穩(wěn)定。例如，當門限值較低時會出現(xiàn)噪聲淹沒前景目標的現(xiàn)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?，F(xiàn)有成熟的目標檢測和跟蹤技術(shù)中，門限值的選取通常采用固定門限值或自適應(yīng) 門限值等方法。固定門限值方法具有實現(xiàn)簡單、計算速度快等特點，適合簡單的場景。但當 遇到較復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(yīng)性較 差。自適應(yīng)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(jù)灰度統(tǒng)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。該方法常用在基于對比度分析的 目標檢測和跟蹤中，對于天空背景下目標的檢測和跟蹤有很好的效果，但對于復雜的地面 場景卻并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決機場場面復雜背景和光照條件下運動目標檢測和跟蹤 的準確性、穩(wěn)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(tǒng)，可以方 便地應(yīng)用的實際系統(tǒng)中。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的雙門限場面目標檢測跟蹤方法采用以下步驟實 現(xiàn)
1.提取視頻幀亮度分量，并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并與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDiff；
3.統(tǒng)計灰度差分圖像GrayDiff的均值A(chǔ)和標準方差σ；
4.根據(jù)第3步的計算結(jié)果，分別設(shè)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(jié)果；6.對二值化后的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲；
7.統(tǒng)計高門限二值化圖像中像素面積J大于kTH的所有區(qū)域，并記為kM；
8.統(tǒng)計高門限二值化圖像中每個Aii對應(yīng)的低門限二值化圖像區(qū)域中像素面積J大于 Ak的所有區(qū)域，并記為A7i;
9.對低門限二值化圖像中標記為的A7區(qū)域進行標定并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(zhuǎn)換到Y(jié)UV或YCbCr空間， 然后分理處亮度分量Y。在所述步驟2中，所述差分是指差值后再取絕對值，即灰度差分圖像GrayDiff中 各數(shù)據(jù)是通過當前幀中的各像素值與初始背景中相應(yīng)位置的像素值做差值后再取絕對值 所得到的結(jié)果。所述步驟3中，所述均值A(chǔ)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(jù)灰度差分圖像GrayDiff中數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計特點進行確定，即雙門限的取值是可以任意的，優(yōu)選方案中低門限的值選取均值加4 倍的統(tǒng)計方差，高門限的值方差項系數(shù)為低門限方差系數(shù)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中高于門限值的像素置1 (對應(yīng)灰度值為255)，低于門限值的像素置0 (對應(yīng)灰度 值為0)。經(jīng)低門限和高門限二值化處理后，分別得到低門限和高門限對應(yīng)的二值化圖像。所述步驟6中，腐蝕和膨脹操作均采用3x3模板。所述步驟7中，高門限二值化圖像中，采用Carmy算子進行各區(qū)域的分割，保留并 記錄面積大于km的區(qū)域，其中km的取值為80個像素，需要說明的是區(qū)域khi在數(shù)量上并不唯一。所述步驟8中，低門限二值化圖像中區(qū)域A7i是通過統(tǒng)計步驟7中得到的區(qū)域khi 在低門限二值化圖像中對應(yīng)像素面積確定的，其中A7x的取值為350個像素，需要說明的是 區(qū)域A7i在數(shù)量上并不唯一。所述步驟9中，區(qū)域標定是指計算包含區(qū)域A7的矩形區(qū)域的左上角和右下角坐標 值，并將該坐標值作為對應(yīng)場面目標的坐標。如圖2，本系統(tǒng)有視頻采集單元(含本地視頻采集單元和遠程視頻采集單元)、場 面目標檢測模塊、網(wǎng)路交換機/路由器、視頻解碼器、視頻存儲服務(wù)器和DVR、視頻采集單元 控制模塊和顯示單元構(gòu)成。視頻采集模塊包含本地視頻采集設(shè)備和遠程視頻采集設(shè)備，具 體指本地攝像機和遠程攝像機。本地視頻采集設(shè)備以局域網(wǎng)方式通過交換機/路由器與視 頻解碼器連接，遠程視頻采用設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)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，并將解碼數(shù)據(jù)發(fā)送給視頻預(yù)處理模塊，同時將視頻碼 流復制給視頻存儲服務(wù)器和DVR設(shè)備。視頻存儲服務(wù)器和DVR負責視頻碼流的記錄，供記 錄回放使用。視頻預(yù)處理模塊包括視頻幀抽取、視頻/圖像的預(yù)處理(包括圖像降噪、畫質(zhì) 增強、分辨率調(diào)整、畫面裁剪等)和幀存控制。視頻預(yù)處理模塊負責向場面運動目標檢測模 塊發(fā)送待處理數(shù)據(jù)。場面運動目標檢測模塊對視頻/圖像的內(nèi)容采用雙門限場面運動目標 檢測方法實現(xiàn)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(jié)果直接發(fā)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(jié)果疊加在對應(yīng)的視頻/圖像上，并將最終結(jié)果送給各顯示設(shè)備。顯示設(shè)備包含投影、液晶屏、CRT顯示器和筆記本終端等。 視頻采集單元控制模塊實現(xiàn)對視頻采集設(shè)備的參數(shù)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/路由器以局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)的方式進 行通信控制。系統(tǒng)的硬件設(shè)備連接如圖所示。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)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(yīng)用的實際系統(tǒng)中。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發(fā)明檢測方法流程圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)硬件框圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/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(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。如圖1，本發(fā)明的雙門限場面目標檢測跟蹤方法采用以下步驟實現(xiàn) 提取視頻幀亮度分量，并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并與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDiff ； 統(tǒng)計灰度差分圖像GrayDiff的均值A(chǔ)和標準方差σ ； 根據(jù)第3步的計算結(jié)果，分別設(shè)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(jié)果；
對二值化后的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲； 統(tǒng)計高門限二值化圖像中像素面積J大于kTH的所有區(qū)域，并記為kM ； 統(tǒng)計高門限二值化圖像中每個Aii對應(yīng)的低門限二值化圖像區(qū)域中像素面積J大于Ak 的所有區(qū)域，并記為^；
對低門限二值化圖像中標記為的A7區(qū)域進行標定并作為場面目標的坐標。如圖2，所述系統(tǒng)包括視頻采集模塊、場面目標檢測模塊、網(wǎng)路交換機/路由器、顯 示設(shè)備；所述視頻采集模塊包含本地視頻采集設(shè)備和遠程視頻采集設(shè)備，具體指本地攝像 機和遠程攝像機；所述的本地視頻采集設(shè)備通過交換機/路由器與視頻解碼器連接，所述 的遠程視頻采集設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)與視頻解碼器連接；所述的顯示設(shè)備包含投影、液晶屏、CRT顯示器和筆記本終端。 本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，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(quán)利要求
1.一種雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟實現(xiàn)1)提取視頻幀亮度分量，并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并與背景進行差分，得到的灰度差分圖像記為GrayDifT；3)統(tǒng)計灰度差分圖像GrayDiff的均值A(chǔ)和標準方差σ；4)根據(jù)第3步的計算結(jié)果，分別設(shè)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(jié)果；6)對二值化后的圖像進行腐蝕和膨脹操作去除噪聲；7)統(tǒng)計高門限二值化圖像中像素面積A大于km的所有區(qū)域，并記為khi；8)統(tǒng)計高門限二值化圖像中每個Aii對應(yīng)的低門限二值化圖像區(qū)域中像素面積A大于 Ak的所有區(qū)域，并記為A7i;9)對低門限二值化圖像中標記為的A7區(qū)域進行標定并作為場面目標的坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟1)中， 所述亮度分量的提前是指將輸入視頻轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV或YCbCr空間，然后分理處亮度分量Y。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟2)中， 所述差分是指差值后再取絕對值，即灰度差分圖像GrayDiff中各數(shù)據(jù)是通過當前幀中的 各像素值與初始背景中相應(yīng)位置的像素值做差值后再取絕對值所得到的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟3)中， 所述均值A(chǔ)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(chǔ)差值平方和的平方根。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟4)中， 所述低門限TL和高門限TH根據(jù)灰度差分圖像GrayDiff中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特點進行確定，即雙 門限的取值是可以任意的，優(yōu)選方案中低門限的值選取均值加4倍的統(tǒng)計方差，高門限的 值方差項系數(shù)為低門限方差系數(shù)的2倍以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟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中高于門限值的像素 置1即對應(yīng)灰度值為255，低于門限值的像素置0即對應(yīng)灰度值為0 ；經(jīng)低門限和高門限二 值化處理后，分別得到低門限和高門限對應(yīng)的二值化圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟6)中， 腐蝕和膨脹操作均采用3x3模板；所述步驟7)中，高門限二值化圖像中，采用Carmy算子進 行各區(qū)域的分割，保留并記錄面積大于Am的區(qū)域，其中Am的取值為80個像素，需要說明的 是區(qū)域Aii在數(shù)量上并不唯一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟8)中， 低門限二值化圖像中區(qū)域A7i是通過統(tǒng)計步驟7)中得到的區(qū)域Aii在低門限二值化圖像中 對應(yīng)像素面積確定的，其中kTL的取值為350個像素，需要說明的是區(qū)域A7i在數(shù)量上并不唯一ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙門限場面目標檢測跟蹤方法，其特征在于所述步驟9)中， 區(qū)域標定是指計算包含區(qū)域A7的矩形區(qū)域的左上角和右下角坐標值，并將該坐標值作為對 應(yīng)場面目標的坐標。
10. 一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述雙門限場面目標檢測跟蹤方法的系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)包括視頻采集模塊、場面目標檢測模塊、網(wǎng)路交換機/路由器、顯示設(shè)備；所述視頻 采集模塊包含本地視頻采集設(shè)備和遠程視頻采集設(shè)備，具體指本地攝像機和遠程攝像機； 所述的本地視頻采集設(shè)備通過交換機/路由器與視頻解碼器連接，所述的遠程視頻采集設(shè) 備通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)與視頻解碼器連接；所述的顯示設(shè)備包含投影、液晶屏、CRT顯示 器和筆記本終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視頻圖像的場面運動目標檢測方法及系統(tǒng)，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(tǒng)。所述系統(tǒng)包括視頻采集模塊、場面目標檢測模塊、網(wǎng)路交換機/路由器、顯示設(shè)備;本發(fā)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(tǒng)，可以方便地應(yīng)用的實際系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)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