[發明專利]基于幀差法的運動物體檢測方法與軌跡跟蹤方法

在審

• 申請號: 202010569106.9
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111739059A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 史彥;劉柱;羅家毅;劉娟;代忠紅
• 申請（專利權）人: 馬鞍山職業技術學院
• 主分類號: G06T7/215
• 分類號: G06T7/215;G06T7/00;G06T5/30;G06T7/62
• 代理公司: 南通錦惠知識產權代理事務所(普通合伙) 32384
• 代理人: 錢靚

1.一種基于幀差法的運動物體檢測方法與軌跡跟蹤方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、采用幀差法對運動物體進行檢測和軌跡跟蹤：

a、圖像的灰度化處理：由于視頻中的圖像是彩色的，處理起來要考慮的因素比較多，由于圖像的任意一個像素都具有三個不同的顏色分量，存在許多與識別無關的信息，計算比較復雜，所以先將彩色圖像進行預處理，變成灰度圖像，加快處理速度；

b、兩幀相減：將視頻序列的連續兩幀，相減后得到結果；由于車的運動，檢測到的區域包含了車前一幀和后一幀的位置，由于車尾運行到下一位置，所以黑色區域為車尾在前一幀的位置與背景相減產生的；

c、圖像的二值化處理：對圖像幀差得到的結果，在此做軌跡跟蹤時，我們需要對幀差結果做出二值化處理，即用程序算出車尾的重心點，對其軌跡跟蹤，這個軌跡就是運動目標的軌跡，得到檢測結果后，再對其進行二值化，就可得到最終結果了；

d、取反操作：對二值化圖像進行取反，因為要提取的是車尾，所以取反后得到的結果更為準確；

e、數學形態學的應用：對取反操作后的圖進行形態學操作，運用數學形態學的方法填補二值化圖像中運動目標的內部空洞，即先采用開運算，再采用閉運算；

B、基于車體區域連通面積的運動物體軌跡跟蹤方法：對車尾的連通區域面積進行匹配跟蹤，步驟如下：

S1、采用連通區域分析算法：通過三個連通區域分別計算出這三個區域的面積，面積明顯很小的那個就是噪聲點，經過判斷，為車尾的重心進行跟蹤，連接重心點就可以得出運動物體的運行軌跡；

S2、重心點標記：在圖像上用黑色方塊標記車尾的重心點，即完成運動物體的跟蹤。

S3、多輛車的重心點軌跡跟蹤：每隔兩幀截取圖像，并進行重心點統計，并進行重心移動位移的計算。

2.根據權利要求1所述基于幀差法的運動物體檢測方法與軌跡跟蹤方法，其特征在于：所述步驟a中圖像的灰度化處理采用加權平均值法：根據重要性或者其他指標給R、G、B賦予不同的權值，并使g等于他們的值的加權平均值，即：

其中W_R，W_G，W_B分別為R、G、B的權值，由于人眼對綠色的敏感度最高，對紅色的敏感度次之，對藍色的敏感度最低，所以一般用以下式，即：

g＝0.299R+0.587G+0.114B。

3.根據權利要求1所述基于幀差法的運動物體檢測方法與軌跡跟蹤方法，其特征在于：所述圖像的二值化處理具體采用全局閾值法，全局閾值法具體為最大類間方差算法；在最大類間方差算法中，方差是灰度分布均勻性的一種量度，方差值越大，說明構成圖像的兩部分差別越大，當部分目標錯分為背景或部分背景錯分為目標都會導致兩部分差別變小，因此使類間方差最大的分割意味著錯分概率最小；算法分析輸入灰度圖像的直方圖，將其分成兩部分，使得它們之間的距離達到最大值，即類間方差達到最大值，劃分點就是求得的閾值；

設原始灰度圖像灰度級為m-1，灰度級為i的像素點數為n_i，則圖像的全部像素為：

N＝n₀+n₁+...+n_m-1

各值的概率：

把灰度級用閾值T劃分為兩組：C₀＝(0,1,2,...,T-1)和C₁＝(T,T+1,...,m-1)；各組產生的概率如下：

C₀類出現的概率：

C₁類出現的概率：

C₀類的平均值：

C₁類的平均值：

其中：是整體圖像的灰度平均值；是閾值為T時灰度平均值，所以全部采樣的灰度平均值為：

μ＝ω₀μ₀+ω₁μ₁

C₀和C₁類間的方差可由下式求得：

從1到m-1之間改變T，求上式為最大值時的T，即求maxδ²(T)時的T^*值，此時，T^*就是閾值，δ²(T)叫做閾值選擇函數。

4.根據權利要求1所述基于幀差法的運動物體檢測方法與軌跡跟蹤方法，其特征在于：所述步驟e中的開運算和閉運算，其定義為：

開運算：

閉運算：

在二值化圖像處理中X為二值圖像，S為結構化要素，X被S開運算就是X被S腐蝕后的結果再被S膨脹，開運算的結果是使結構化要素S在圖像內平行移動且不從圖像內溢出時，結構化要素能夠到達的區域；閉運算的結果是使結構化要素S的反轉在圖像的背景內平行移動且不從背景中溢出時，結構化要素能夠到達的區域的補集；開運算能消除圖像中小于結構元素的較凸細節部分；閉運算能消除圖像中較凹的部分，填補小空洞和縫隙，使得物體邊緣更光滑；為了除去由于閾值分割產生的噪聲，對圖像先開運算，然后再閉運算，從而達到消除噪聲，填補小空洞的目的。