[發明專利]一種基于壓縮傳感的運動目標檢測和跟蹤方法

在審

• 申請號: 201410442720.3
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104243916A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 宋雪樺;萬根順;王維;于宗潔;化瑞;劉委;卜曉曉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N5/14;G06T7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于智能視頻監控領域，具體涉及一種融合壓縮傳感技術的運動目標檢測與跟蹤圖像處理方法，實現對輸入的視頻信號中異常行為的檢測和識別。

背景技術

伴隨著當前社會對安全問題的日益關注和數字視頻技術的飛速發展，視頻監控成為計算機視覺領域的一個研究熱點，并向著智能化和網絡化方向不斷前進。智能視頻監控在不需要人為干預的情況下實現對動態場景中的目標的檢測、提取、識別和跟蹤，并在此基礎上完成對運動目標行為的理解，從而既能達到日常管理功能又能在異常情況發生時及時做出判斷。目前，快速準確的運動檢測和跟蹤技術，基于移動攝像機的監控技術，運動分析及行為理解技術和異常事件檢測技術等成為視頻監控的研究熱點。

運動目標檢測和跟蹤包括運動目標檢測的預處理、運動目標分割、運動目標跟蹤三大步驟。運動目標檢測是指從序列圖像中將感興趣的目標區域盡可能完整的提取出來，運動目標檢測的預處理過程中常用的方法包括相鄰幀差法、背景減法或邊緣檢測的方法，得到差值圖像后再進行二值化處理、形態學處理和陰影消除等，進一步鎖定檢測目標。通過圖像預處理得到的圖像再進行運動目標分割得到被檢測目標，運動目標的分割和識別是一個整體過程。運動目標跟蹤主要應用于目標檢測確認、目標檢測估計和目標平均速度估計等。

目前常用的運動目標檢測方法分為有固定背景下的目標檢測方法和變動背景的目標檢測方法，幀間差分法和背景減法屬于前者，而光流法屬于后者。由于光流法計算復雜，實時性差，設備昂貴，在實際環境中很少被使用；幀間差分法得到的前景目標容易出現空洞或重疊現象；而背景減法操作簡單，計算量小，能夠得到最完整的運動目標信息，而且復雜度低，實時性好，因此基于背景減法的目標檢測方法受到了廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的是以視頻序列為研究對象，融合支撐集和殘差補償對采集的視頻序列進行序列重建，滿足了數據采集端低成本和低復雜度的實際要求，并在重建序列的基礎上采用基于壓縮傳感的背景減法進行目標檢測，顯著減少處理的數據量，最后根據改進的粒子濾波算法對運動目標進行跟蹤，在保證跟蹤性能的基礎上減少運算代價，在整個檢測和跟蹤過程中，包括序列重建、背景減法和目標跟蹤，都使用了壓縮傳感理論。

常見的視覺跟蹤算法包括基于區域的跟蹤、基于變形模板的跟蹤、基于特征的跟蹤和基于模型的跟蹤，而按照跟蹤方法設計的思路，現有的跟蹤方法可以分為確定性跟蹤和隨機跟蹤兩類。目前對于運動目標的跟蹤算法研究熱點主要包括Mean-shift和粒子濾波算法兩種方法，它們也分別是確定性跟蹤和隨機跟蹤的典型代表。其中，Mean-shift算法是一種無參數核密度估計方法，具有實時性、魯棒性以及易于實現的特點，運算效率更高；粒子濾波算法能夠處理非高斯、非線性的問題，且能夠保持狀態的多模態假設，跟蹤性能更好。

壓縮傳感，也稱作壓縮感知，是一種利用稀疏的或可壓縮的信號進行信號重建的技術。壓縮傳感理論在信號獲取和處理過程中將傳統的數據采集和數據壓縮合二為一，從而有效地解決了奈奎斯特采樣定理計算資源浪費的問題。壓縮傳感的基本思想是如果一個未知的信號在已知的正交基或者過完備的正交基上是稀疏的，或者可壓縮的，那么采用非自適應線性投影保持信號的原始結構，通過數值最優化問題就可以準確重構原始信號，這大大減少了重構信號所需要的采樣值數目。壓縮感知能從少量的非相關觀測值中獲取可壓縮信號的信息決定了其在壓縮處理、數據重構等領域有著廣闊的應用前景。本發明就是將壓縮傳感技術融入目標檢測和跟蹤系統中，降低整個過程的代價。

實現本發明目的技術方案是：

一種基于壓縮傳感的運動目標檢測和跟蹤方法，包括以下過程：

S1、對視頻序列進行融合支撐集和殘差補償的序列重建；

S2、利用基于壓縮傳感的背景減法進行目標檢測；

S3、根據改進的粒子濾波算法對運動目標進行跟蹤。

進一步，所述步驟S1、S2、S3執行具體過程為：

步驟1、通過攝像機和圖像采集設備采集視頻序列信息；

步驟2、結合支撐集和殘差補償對從步驟1中獲得的視頻序列進行重建；

步驟3、利用基于壓縮傳感理論的背景減法對從步驟2中獲得的視頻重建序列進行目標檢測，并采用形態學處理和陰影消除方法進一步增強目標特征，鎖定檢測目標；

步驟4、在步驟3的基礎上采用改進的粒子濾波算法對運動目標進行跟蹤；

步驟5、將步驟4獲得的運動目標跟蹤信息輸出給用戶，以待進一步處理。

進一步，所述步驟1中視頻序列的采集流程包括下列步驟：