[發明專利]基于CUDA的VIBE背景建模方法

在審

• 申請號: 201710463013.6
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107749065A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王欣欣;黃亮;葉超;王旭;應艷麗;周繼強;王麗峰;贠周會
• 申請（專利權）人: 江西洪都航空工業集團有限責任公司
• 主分類號: G06T7/215
• 分類號: G06T7/215;G06T7/136;G06T7/194
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

1.基于CUDA的VIBE背景建模方法，其特征在于，首先對接入的視頻流進行解碼，而后將解碼的圖像幀數據導入GPU設備，再對導入至GPU設備中的圖像幀數據進行濾波，利用CUDA線程為已完成濾波的每一個圖像像素建立VIBE背景模型，并將當前線程塊需要的VIBE背景模型參數數據寫入共享內存，待智能分析算法計算完畢后，將計算結果從共享內存寫入全局存儲器，進而提高背景建模算法的效率，具體步驟：

1)模型初始化

為快速開始運動目標檢測，利用第一幀圖像進行瞬時初始化，在初始化模型時充分利用圖像相鄰像素點之間相似的空間分布特性，對圖像中任一像素點x，從其8鄰域N₈(x)中隨機選取N個樣本用于初始化：

M(x)＝{v_i(y)|y∈N₈(x)}(1)

式(1)中，v(x)表示取值于x點的像素值，用具有i下標的v_i表示樣本的像素值，i＝1,2,…N為樣本的個數，從第二幀開始即可有效檢測運動目標；

2)模型匹配

假設當前輸入幀是I_t，像素點x處的像素值是v(x)，定義以v(x)為中心、R為半徑的球體S_R(v(x))，S_R(v(x))表示所有與v(x)距離小于R的點集合，用M(x)落在S_R(v(x))內的樣本個數#描述v(x)與背景模型M(x)的相似度，設置給定閥值#_min，若#＜#_min，則判定v(x)為前景，若#＞#_min，則判定v(x)為背景，前景二值圖F(x)可表示為：

F(x)=1if#{M(x)∩SR(v(x))}<#min0else---(2)]]>

#{vi(x)∩SR(v(x))}=1if dist(vi(x),v(x))<R0else---(3)]]>

式(3)中，表示計算v(x)與M(x)中n個樣本之間的歐式距離，表示歐氏距離小于R的個數，若小于給定閾值#_min，則x點被判定為運動前景點，否則判定為背景點；

VIBE背景建模算法根據當前圖像幀像素v_t(x)更新t-1時刻所建立的背景模型M_t(x)，首先將輸入樣本與已建立的背景模型進行相互匹配，若判斷為背景點，采用隨機方式決定是否需要在該時刻進行更新，VIBE更新時從背景模型中隨機選擇一個樣本，然后用匹配上的新樣本替換；

為每個像素分別建立背景模型，并獨立對當前像素進行分類，而后將對每個像素的VIBE背景建模算法處理過程交由CUDA線程進行處理；背景模型中每個樣本為一個像素值，背景模型數據存儲在全局存儲器中，為降低訪問全局存儲器的次數，每個樣本分配4字節樣本存儲空間，即RGBA8:8:8:8，并在背景模型初始化時將A字節置零；樣本存儲空間由CUDA運行時函數分配，自動滿足地址對齊要求，若圖像的寬度不是32的倍數，則在一行像素的樣本數據末尾填充一定的數據量，使得對應的一行像素的像素連續個數為32的倍數；

3)模型更新

設定同一線程塊中的線程在VIBE背景建模算法的同一更新階段使用相同隨機數，若一個線程束中的線程所對應的像素被判斷為背景像素，則此線程束中所有線程都將進入VIBE背景建模算法更新階段。