[發(fā)明專利]一種魯棒的運動目標(biāo)檢測與跟蹤圖像處理系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN101916447A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋雪樺;陳景駐;陳麗蓮;夏鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 樊文紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種魯棒的運動目標(biāo)檢測與跟蹤圖像處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸入的視頻信號中異常運動目標(biāo)進(jìn)行檢測和跟蹤。

背景技術(shù)

DSP(Digital?Signal?Processor)是一種微處理器，處理大量數(shù)字信號的器件。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的芯片。由于DSP易于滿足圖像處理中運算量大、實時性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高等要求，兼之計算機(jī)強(qiáng)大的多媒體交互能力，因而DSP被廣泛地應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域。

運動目標(biāo)檢測是指從序列圖像中將變化區(qū)域從背景中分割出來。它是數(shù)字圖像處理技術(shù)的一個主要部分，是計算機(jī)視覺、目標(biāo)識別與跟蹤、模式識別、運動圖像編碼、基于內(nèi)容的檢索、安全監(jiān)控等研究領(lǐng)域的重點與難點，在交通、國防和工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于天氣和光照的變化、背景混亂運動的干擾、運動目標(biāo)的影子以及攝像機(jī)的運動等原因的存在，給運動目標(biāo)的正確檢測帶來極大挑戰(zhàn)。由于運動目標(biāo)的正確檢測與分割影響著運動目標(biāo)能否被正確跟蹤與分類，因此成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究中的一項重要的課題。它的基本任務(wù)是從圖像序列中檢測出運動信息，簡化圖像處理過程，得到所需的運動矢量，從而能夠識別與跟蹤物體。

目前常用的運動目標(biāo)檢測方法有三種：光流法，相鄰幀差法，背景減法。本發(fā)明是針對計算機(jī)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運動目標(biāo)檢測。一個典型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是用一個靜態(tài)的攝像機(jī)實時監(jiān)控固定區(qū)域，其目的是從靜態(tài)背景中分割出動態(tài)目標(biāo)，并對其進(jìn)行分類、跟蹤等操作。所以，從視頻流中實時分割動態(tài)目標(biāo)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)一個基本環(huán)節(jié)。運動目標(biāo)檢測處于整個計算機(jī)智能視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最底層，是各種后續(xù)高級處理如目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)分類、行為理解的基礎(chǔ)。對于靜態(tài)攝像機(jī)，背景建模是解決實時分割動態(tài)目標(biāo)的有效方法。

一個有效的背景模型應(yīng)能克服以下幾種在實際應(yīng)用中常常存在的問題：

(1)背景模型的提取：背景圖像的獲取最簡單的方法是在場景沒有運動目標(biāo)的情況下進(jìn)行，但在某些應(yīng)用場合無法滿足這種要求。

(2)背景的擾動：背景中可以含有輕微擾動的對象，如樹枝、樹葉的搖動，擾動部分不應(yīng)該被看作是前景運動目標(biāo)。

(3)外界光線的變化：一天中不同時間段光線、天氣等的變化以及室內(nèi)開燈、關(guān)燈等都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

(4)背景的更新：由于光照或其它條件的變化會使背景圖像發(fā)生變化，需要及時對背景模型進(jìn)行更新，以適應(yīng)這種變化。

(5)陰影的影響：通常前景目標(biāo)的陰影也被檢測為運動目標(biāo)的一部分，這樣將影響對運動目標(biāo)的進(jìn)一步處理和分析。

本發(fā)明總結(jié)已有算法的特點的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行改進(jìn)，最終給出了一個能夠適應(yīng)背景場景輕微擾動、克服噪聲和環(huán)境光照影響的、實時更新的、魯棒的目標(biāo)檢測系統(tǒng)。

在計算機(jī)視覺的研究領(lǐng)域里，序列圖像運動目標(biāo)跟蹤是一個古老而仍未很好解決的、具有挑戰(zhàn)性的重要課題。目標(biāo)跟蹤由于有著廣泛的應(yīng)用和需求，引起了人們的極大關(guān)注。它在民用方面的應(yīng)用主要有工業(yè)過程控制，醫(yī)學(xué)研究，工業(yè)產(chǎn)品監(jiān)督，交通監(jiān)控，圖像檢索和恢復(fù)，基于目標(biāo)的視頻編碼、壓縮及合成等等。與之相比，多目標(biāo)跟蹤在軍事上的應(yīng)用更加受到各國學(xué)者的重視。目標(biāo)跟蹤在軍事方面的應(yīng)用主要有戰(zhàn)場監(jiān)視，軍事目標(biāo)跟蹤，海域監(jiān)視，空中預(yù)警等。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對運動目標(biāo)跟蹤的要求是不同的。如在基于目標(biāo)的視頻編碼和視頻合成中，精度是非常重要的；而在視頻監(jiān)控中要求自動實時地跟蹤，能夠容忍一定的誤差。

本發(fā)明是典型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的多運動目標(biāo)跟蹤，目標(biāo)跟蹤的工作是建立在運動目標(biāo)檢測的基礎(chǔ)上完成的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要應(yīng)用場合為室外運動目標(biāo)檢測與室內(nèi)異常行為檢測與跟蹤。該系統(tǒng)采用了魯棒的軟件編碼方法，設(shè)計靈活，算法的修改和優(yōu)化更加方便，使用方便，采用較為靈活的人機(jī)操作界面，具有廣泛的工程應(yīng)用范圍。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種魯棒的運動目標(biāo)檢測與跟蹤圖像處理系統(tǒng)，包括以DSP為核心的數(shù)字信號處理器、CCD攝像機(jī)和PC機(jī)，數(shù)字信號處理器的一端連接CCD攝像機(jī)，另一端連接PC機(jī)，所述圖像處理系統(tǒng)執(zhí)行以下步驟：

步驟1視頻數(shù)據(jù)的采集：數(shù)字信號處理器從攝像頭CCD輸入的模擬視頻信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化采集后，傳輸?shù)街付ǖ膬?nèi)存緩沖空間中，等待處理；

步驟2數(shù)字信號處理器逐幀讀入采集到的數(shù)字視頻序列，采用改進(jìn)混合高斯背景模型對步驟2中的幀序列進(jìn)行運動目標(biāo)檢測；

步驟3將步驟2中的檢測結(jié)果進(jìn)行去噪和陰影去除；