本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于邊緣投影匹配的劇烈運(yùn)動(dòng)檢測方法。

背景技術(shù)：

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是監(jiān)控視頻中最值得關(guān)注的部分，也是視頻中信息量的主要來源。目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征與目標(biāo)的屬性密切相關(guān)，運(yùn)動(dòng)的劇烈程度也會(huì)關(guān)聯(lián)著不同的行為。因此對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)劇烈程度的評(píng)估和判別，就成為了識(shí)別圖像中異常行為的重要方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于邊緣投影匹配的劇烈運(yùn)動(dòng)檢測方法，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊緣信息進(jìn)行投影，并在視頻圖像序列中比較投影信息的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中劇烈運(yùn)動(dòng)的快速和準(zhǔn)確的評(píng)估。

本發(fā)明提供的基于邊緣投影匹配的劇烈運(yùn)動(dòng)檢測方法，其改進(jìn)之處在于，對(duì)視頻進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測，獲取圖像分割處理后的視頻區(qū)域，并在所述視頻區(qū)域中進(jìn)行邊緣提取，通過邊緣區(qū)域來顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信息；通過投影變換，將所述邊緣區(qū)域投影為水平和豎直方向的直方圖向量，在不同視頻幀之間進(jìn)行向量匹配，評(píng)估所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)變化程度，從而確定所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)劇烈程度。

優(yōu)選的，所述檢測方法包括如下步驟：

(1)獲取視頻當(dāng)前幀圖像，并標(biāo)記；

(2)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；

(3)計(jì)算分割閾值，確定分割圖像；

(4)進(jìn)行所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的邊緣提?。?/p>

(5)對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的邊緣進(jìn)行水平方向投影和豎直方向投影，得到投影向量；

(6)將水平方向投影向量和豎直方向投影向量進(jìn)行歸一化；

(7)計(jì)算相隔幀的投影向量差異；

(8)判斷所述投影向量差異是否大于閾值，是則進(jìn)行下一步，否則輸出為無劇烈運(yùn)動(dòng)幀；

(9)累計(jì)判別變量；

(10)判斷單位時(shí)間內(nèi)所述判別變量是否大于閾值，是則輸出為有劇烈運(yùn)動(dòng)，否則輸出為無劇烈運(yùn)動(dòng)。

較優(yōu)選的，步驟(1)對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)記是指根據(jù)用戶設(shè)定提取感興趣矩形區(qū)域，記為roi區(qū)域；

通過雙線性插值將所述roi區(qū)域設(shè)置大小。

較優(yōu)選的，步驟(2)采用背景差分方法提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，步驟如下：

1)計(jì)算前幀背景差分圖像矩陣和幀間差分圖像矩陣；

2)像素逐一更新幀間差分；

3)像素逐一更新前幀背景差分；

4)根據(jù)步驟2)和步驟3)，將所有像素進(jìn)行更新；

5)計(jì)算當(dāng)前幀的背景差分圖像，得到當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣；

6)計(jì)算所述當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

較優(yōu)選的，步驟1)計(jì)算前幀背景差分圖像矩陣和幀間差分圖像矩陣的步驟包括：

計(jì)算前幀背景差分圖像，公式為：

bdk＝fk-bk-1

式中，bdk為fk與bk-1差分圖像；fk為當(dāng)前幀圖像；bk-1為前一幀對(duì)應(yīng)背景圖像；k為幀號(hào)，k>0，當(dāng)k＝1時(shí)，記為背景圖像b1為第1幀圖像f1；

計(jì)算幀間差分圖像，公式為：

fdk＝|fk-fk-1|

式中，fdk為fk與fk-1的差分的絕對(duì)值；fk為當(dāng)前幀圖像；fk-1為前一幀圖像；

逐步進(jìn)行像素差分，得到前幀背景差分圖像矩陣和幀間差分圖像矩陣。

較優(yōu)選的，步驟2)像素逐一更新幀間差分的步驟如下：

像素坐標(biāo)為(x,y)，比較幀間差分圖像fdk(x,y)的像素值是否大于閾值fth：

當(dāng)fdk(x,y)>fth時(shí)，將當(dāng)前像素更新量mk(x,y)設(shè)置為0；

當(dāng)fdk(x,y)≤fth時(shí)，根據(jù)更新系數(shù)kk(x,y)設(shè)置更新量mk(x,y)，公式為：

mk(x,y)＝kk(x,y)×bdk(x,y)。

較優(yōu)選的，步驟3)像素逐一更新前幀背景差分的步驟如下：

比較前幀背景差分圖像bdk(x,y)的像素值是否大于閾值bth：

當(dāng)bdk(x,y)≤bth時(shí)，不進(jìn)行前幀背景更新，當(dāng)前幀背景圖像bk(x,y)的像素?cái)?shù)值等于前一幀背景圖像bk-1(x,y)的像素?cái)?shù)值；

當(dāng)bdk(x,y)>bth時(shí)，按所述更新量mk(x,y)

對(duì)所述前一幀背景圖像bk-1(x,y)的像素進(jìn)行更新，公式為：

bk(x,y)＝bk-1(x,y)+mk(x,y)。

較優(yōu)選的，步驟5)計(jì)算當(dāng)前幀的背景差分圖像的公式如下：

bfdk＝|fk-bk|

根據(jù)上述公式，像素逐一進(jìn)行差分后，得到所述當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣。

較優(yōu)選的，步驟6)計(jì)算所述當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的公式為：

式中，μ為背景差分圖像矩陣的均值；矩陣為r行c列；bfdk(i,j)為圖像第i行第j列像素的像素值；

式中，σ為背景差分圖像矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差。

較優(yōu)選的，步驟(4)進(jìn)行所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的邊緣提取時(shí)，采用sobel算子經(jīng)過濾波提取分割圖像的邊緣，并分別提取圖像水平方向邊緣二值圖像和豎直方向邊緣二值圖像。

較優(yōu)選的，步驟(5)中將所述水平方向邊緣二值圖像進(jìn)行水平方向累加投影操作，即將同一列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，獲得向量進(jìn)行歸一化后，獲得水平方向的歸一化向量；

將所述豎直方向邊緣二值圖像進(jìn)行豎直方向累加投影操作，即將同一列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，獲得向量進(jìn)行歸一化后，獲得豎直方向的歸一化向量。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊緣信息進(jìn)行投影，并在視頻圖像序列中比較投影信息的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中劇烈運(yùn)動(dòng)的快速和準(zhǔn)確的評(píng)估。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，分段函數(shù)對(duì)于背景更新過程的更新率的控制，起到了優(yōu)化的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本實(shí)施例提供的一種基于邊緣投影匹配的劇烈運(yùn)動(dòng)檢測方法，即對(duì)視頻進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測，獲取圖像分割處理后的視頻區(qū)域，并在所述視頻區(qū)域中進(jìn)行邊緣提取，通過邊緣區(qū)域來顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信息；通過投影變換，將所述邊緣區(qū)域投影為水平和豎直方向的直方圖向量，在不同視頻幀之間進(jìn)行向量匹配，評(píng)估所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)變化程度，從而確定所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)劇烈程度。具體的，本實(shí)施例的流程圖如圖1所示，具體步驟如下：

(1)獲取視頻當(dāng)前幀圖像，并標(biāo)記。

獲取監(jiān)控視頻當(dāng)前幀圖像，并根據(jù)用戶設(shè)定提取感興趣矩形區(qū)域(roi區(qū)域)，并通過雙線性插值將該roi區(qū)域置為設(shè)置大小(如320×240)，本實(shí)施例以下所稱圖像均為提取roi病重置大小后的區(qū)域。前一幀圖像和前一幀圖像對(duì)應(yīng)背景圖像表示為：

設(shè)幀號(hào)為k，當(dāng)前幀圖像記為fk，當(dāng)前幀圖像對(duì)應(yīng)的背景圖像記為bk，前一幀圖像記為fk-1，前一幀對(duì)應(yīng)背景圖像記為bk-1；對(duì)于第1幀，設(shè)背景圖像b1為第1幀圖像f1；

(2)采用背景差分方法提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，具體步驟如下：

1)計(jì)算前幀背景差分圖像矩陣和幀間差分圖像矩陣，具體為：

當(dāng)k>1時(shí)，針對(duì)fk、fk-1、bk-1，計(jì)算前幀背景差分圖像，公式為：

bdk＝fk-bk-1

式中，bdk為fk與bk-1差分圖像；fk為當(dāng)前幀圖像；bk-1為前一幀對(duì)應(yīng)背景圖像；k為幀號(hào)，k>0，當(dāng)k＝1時(shí)，記為背景圖像b1為第1幀圖像f1；

計(jì)算幀間差分圖像，公式為：

fdk＝|fk-fk-1|

式中，fdk為fk與fk-1的差分的絕對(duì)值；fk為當(dāng)前幀圖像；fk-1為前一幀圖像；

逐步進(jìn)行像素差分，得到前幀背景差分圖像矩陣和幀間差分圖像矩陣。

2)像素逐一更新幀間差分，具體為：

像素坐標(biāo)為(x,y)，比較幀間差分圖像fdk(x,y)的像素值是否大于閾值fth：

當(dāng)fdk(x,y)>fth時(shí)，將當(dāng)前像素更新量mk(x,y)設(shè)置為0；

當(dāng)fdk(x,y)≤fth時(shí)，根據(jù)更新系數(shù)kk(x,y)設(shè)置更新量mk(x,y)，公式為：

mk(x,y)＝kk(x,y)×bdk(x,y)。

閾值fth的數(shù)值根據(jù)需求和應(yīng)用環(huán)境設(shè)定，更新系數(shù)kk(x,y)根據(jù)需要及監(jiān)控場景情況設(shè)定。本實(shí)施例設(shè)定閾值fth的數(shù)值為2，更新系數(shù)kk(x,y)為：

3)像素逐一更新前幀背景差分，具體為：

比較前幀背景差分圖像bdk(x,y)的像素值是否大于閾值bth：

當(dāng)bdk(x,y)≤bth時(shí)，不進(jìn)行前幀背景更新，當(dāng)前幀背景圖像bk(x,y)的像素?cái)?shù)值等于前一幀背景圖像bk-1(x,y)的像素?cái)?shù)值；

當(dāng)bdk(x,y)>bth時(shí)，按所述更新量mk(x,y)

對(duì)所述前一幀背景圖像bk-1(x,y)的像素進(jìn)行更新，公式為：

bk(x,y)＝bk-1(x,y)+mk(x,y)。

閾值bth根據(jù)需求和應(yīng)用環(huán)境設(shè)定。

4)根據(jù)步驟2)和步驟3)，將所有像素進(jìn)行更新，得到當(dāng)前幀對(duì)應(yīng)的背景圖像bk。

5)計(jì)算當(dāng)前幀的背景差分圖像，得到當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣，計(jì)算公式為：

bfdk＝|fk-bk|

差分操作通過對(duì)圖像像素值相減計(jì)算得到，逐像素差分后，得到差分圖像矩陣。

6)計(jì)算所述當(dāng)前幀的背景差分圖像矩陣的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，公式為：

式中，μ為背景差分圖像矩陣的均值；矩陣為r行c列；bfdk(i,j)為圖像第i行第j列像素的像素值；

式中，σ為背景差分圖像矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差。

(3)計(jì)算分割閾值，確定分割圖像；

針對(duì)圖像bfdk中大于μ+σ的像素值，以最大類間方差準(zhǔn)則計(jì)算最優(yōu)分割閾值th；

根據(jù)閾值th對(duì)圖像bfdk進(jìn)行圖像分割，形成分割圖像bfsk；

分割法則為：

其中bfdk(i,j)為圖像第i行第j列像素的像素值，bfsk(i,j)為分割圖像bfsk第i行第j列像素的像素值。

(4)進(jìn)行所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的邊緣提?。?/p>

采用sobel算子提取分割圖像bfsk中的邊緣，sobel算子水平濾波模板為gx，豎直方向?yàn)V波模板gy，分別為：

經(jīng)過sobel模板濾波，并進(jìn)行閾值tsobel進(jìn)行圖像分割，分別提取了圖像水平方向和豎直方向邊緣二值圖像bfsxk和bfsyk。

(5)對(duì)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的邊緣進(jìn)行水平方向投影和豎直方向投影，得到投影向量；

將圖像bfsxk進(jìn)行水平方向累加投影操作，即將同一列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行累加(統(tǒng)計(jì)二值圖像中此列上數(shù)值為1的個(gè)數(shù))，獲得向量進(jìn)行歸一化后(向量所有數(shù)值乘上一個(gè)固定數(shù)值，使向量所有數(shù)值的和為1)，獲得歸一化向量fxk；將所述豎直方向邊緣二值圖像bfsyk進(jìn)行豎直方向累加投影操作，即將同一列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，獲得向量進(jìn)行歸一化后，獲得豎直方向的歸一化向量fyk。

(6)將水平方向投影向量fxk和豎直方向投影向量fyk進(jìn)行歸一化，其連接成單一向量，稱為第k幀特征向量fvk。

(7)計(jì)算相隔幀的投影向量差異；

對(duì)k之后每間隔5幀重復(fù)(1)～(6)步驟，形成特征向量fvk+5i，i為每間隔5幀索引數(shù)，i＝0,1,2，…；

設(shè)置計(jì)數(shù)器acc，并將數(shù)值置為零，計(jì)算向量fvk+5i與fvk+5(i+1)的歐氏距離。

(8)判斷所述投影向量差異是否大于閾值，是則進(jìn)行下一步，否則輸出為無劇烈運(yùn)動(dòng)幀；

與閾值tv進(jìn)行比較，如果大于tv，acc數(shù)值增加3，否則acc數(shù)值減少1，如果acc數(shù)值降低至小于或者等于0時(shí)，acc數(shù)值置為0；

(9)累計(jì)判別變量；判別變量為一個(gè)整形變量，初始值為0，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前圖像幀中存在劇烈運(yùn)動(dòng)，則進(jìn)行累加，典型值為每次累加1，最多累加到100，如果累加后值大于100，則不再累加，累加結(jié)果設(shè)為100。如設(shè)定閾值為70，累計(jì)判別變量大于70，判斷存在劇烈運(yùn)動(dòng)。如果判斷當(dāng)前幀不存在劇烈運(yùn)動(dòng)，則累計(jì)判別變現(xiàn)減小，典型值為每次減小3，最小值為0，減小后小于0，累計(jì)變量值設(shè)為0。

(10)判斷單位時(shí)間內(nèi)所述判別變量是否大于閾值，是則輸出為有劇烈運(yùn)動(dòng)，否則輸出為無劇烈運(yùn)動(dòng)。

設(shè)置閾值tacc，當(dāng)acc累加值大于tacc時(shí)，判定存在劇烈運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)可以進(jìn)行報(bào)警。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。