[發明專利]建立圖像處理中基于運動信息的背景模型的方法

無效

• 申請號: 201010259541.8
• 申請日: 2010-08-21
• 公開（公告）號: CN101916449A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 張鳴;孫兵;李科;劉允才
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;H04N7/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種圖像處理技術領域的建模方法，具體涉及是一種建立圖像處理中基于運動信息的背景模型的方法。

背景技術

隨著視頻監控的廣泛使用，視頻數據的處理技術得到了很大的關注，例如行人檢測、跟蹤，物體建模及姿態估計等方面的研究。而背景減除被普遍的應用在各種技術中，用于提取視頻中的前景部分，這部分通常包括感興趣的研究對象，例如人或車輛及其他物品等。對于傳統的背景減除方法來說，其背景模型通常需要預先給定，例如拍攝一段背景的視頻，然后根據每個像素點的顏色的統計特征——均值及方差——來建立背景的模型。這樣方法存在兩個問題，一是需要額外的步驟來建立背景模型，二是所建立的背景模型是靜態的，當背景環境發生改變后即失效。因此，能夠直接從同時包含運動前景及背景的連續視頻幀中建立背景模型，將是對傳統方法的重大改進。

在現有技術文獻中，常用的背景建模方法是Stauffer和Grimson于1999年在Proc.IEEEConf.on?Computer?Vision?and?Pattern?Recognition的論文Adaptive?background?mixturemodels?for?real-time?tracking(在實時跟蹤中的自適應背景混合模型)中提出的基于高斯混合模型的方法。他們的方法可以適應緩慢的光照變化和由例如樹枝晃動或陰影引起的多模態顏色分布。但由于沒有利用前景的運動信息，這種方法會出現拖影問題，即物體的緩慢移動會在得到的前景分割中留下歷史的運動痕跡。因此，本領域需要一種能夠利用前景的運動信息來建立背景模型的方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種建立圖像處理中基于運動信息的背景模型的方法。本發明無需額外的背景采集步驟，利用運動信息來初步估計圖像的前景部分，再利用多幅圖像中去除前景后的不完整背景對每一幀建立背景模型，最后利用背景減除即能得到精確的前景分割。在物體及行人跟蹤、運動分析等方面具有廣泛的實際應用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明對于輸入視頻中的每一對相鄰幀圖像，通過條件隨機場估計每一個像素點的運動場(光流)。然后將速度大于一定閾值的像素點作為前景點，這樣將得到對每一幀圖像得到一個前景的初始分割。對于輸入序列中的每一幀，都可以得到一個這樣的初始分割。如果將背景看作一個在低維度變化的空間，那么其中每一幅經過初始分割的圖像都可以被看作一個具有缺失數據的樣本點。其中缺失的部分就是被前景擋住的分別。對于這一系列具有缺失數據的樣本點，本方法利用缺失數據下的主成分分析方法來重建出這個低維的背景空間。將每一幀中部分缺失的背景重投影到這個低維空間中，即可恢復當前幀的背景。

本發明包括以下步驟：

1.相鄰幀間運動場的估計：對輸入視頻的每一對相鄰幀，該方法利用運動前后像素灰度的不變性估計整幅圖像每個像素點的運動場。其中速度大于一定閾值的像素點被作為是前景點，得到一個初始的前景分割。

2.利用缺失數據建立背景模型：在步驟1中的到的每一幀均可以看作是原背景空間中的一個缺失了部分數據的樣本點。通過視頻中一系列的缺失部分數據的樣本點，重建出原背景空間。隨后通過重投影，得到每一幀的背景模型。

與現有技術相比，本發明所提出的方法無需額外的背景采集步驟，同時能夠適應背景的線性變化，對于利用背景減除來提取前景具有實際使用價值，并優于原有的方法。

附圖說明

圖1為輸入視頻中的相鄰兩幀。

圖2為根據圖1中的相鄰幀得到的運動場的大小。

圖3為根據運動場的大小，將速度不為零的點設為前景點的分割結果。

圖4為根據一系列的不完整背景圖像得到的背景模型。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

1.相鄰幀間運動場的估計。圖1為實施例中輸入視頻里的兩幅幀的圖像。運動前后像素灰度的不變性是指對于一個像素點所對應的物體點來說，當它由第一幀運動到第二幀時，由于在時間和空間上的間隔都很短，可以假設該點的灰度是保持不變的。在這個條件，利用條件隨機場可以求解出每個像素點對應的運動矢量。