本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，基于實(shí)時視頻流的圖像分析技術(shù)逐步應(yīng)用于各種場景中，并得到越來越廣泛的認(rèn)可，在教室、會場、法庭等室內(nèi)環(huán)境中，有效識別并準(zhǔn)確判斷人物的起立、移動、靜止等行為特征在視頻錄制、實(shí)時控制、視頻精細(xì)應(yīng)用等環(huán)節(jié)具有重要意義。

以教室為例，為了識別教室中的學(xué)生行為特征，當(dāng)前技術(shù)需要在教室的前后兩側(cè)墻壁以及天花板上安裝2～4路攝像機(jī)(個別特殊教室里甚至需要4～8路)，每一臺攝像機(jī)都需要按照嚴(yán)格的高度、角度進(jìn)行安裝以獲取特定區(qū)域、特定角度的視頻供系統(tǒng)分析，這樣的實(shí)現(xiàn)方式解決了識別人物的起立、移動、靜止等行為特征的目標(biāo)，但是存在一些問題：

1、部署安裝的工程量和難度較大，多路視頻設(shè)備的布線、安裝、調(diào)試都是必須的工作量，同時，這些攝像機(jī)的安裝高度根據(jù)應(yīng)用有嚴(yán)格要求，例如：小學(xué)生安裝高度1米左右，中學(xué)生安裝高度1.3米左右，大學(xué)生或者成人安裝高度1.5米左右，這樣嚴(yán)格的安裝高度在實(shí)施中會碰到窗戶、門等客觀條件制約，必須采用額外的工作量來進(jìn)行現(xiàn)場裝修整改以滿足基本安裝條件。同時，關(guān)鍵設(shè)備低位安裝不僅存有使用上的安全隱患，也加大了設(shè)備故障率，增加維護(hù)工作量。

2、系統(tǒng)運(yùn)算性能要求比較高，多路視頻流的實(shí)時處理、每一路的實(shí)時分析、各路分析之間的實(shí)時比對，這些運(yùn)算綜合起來需要一個較高檔次的運(yùn)算平臺來支撐。在實(shí)際中，這樣的運(yùn)算要求大約需要酷睿i7運(yùn)算體系，如果采用嵌入式需要TI8168或者多顆TI6402DSP支撐，整個系統(tǒng)的硬件投入較大，設(shè)計(jì)要求較高，設(shè)備形態(tài)偏復(fù)雜。

因此，目前技術(shù)雖然能夠達(dá)到識別目標(biāo)特征的應(yīng)用目標(biāo)，但是在實(shí)現(xiàn)上需要較高的硬件設(shè)備投入和嚴(yán)格的工程實(shí)施保障，無法滿足各行各業(yè)日益增加的大批量應(yīng)用需求，不利于應(yīng)用推廣以及行業(yè)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中多路視頻分析帶來的較高的運(yùn)算代價、復(fù)雜的硬件設(shè)備、較嚴(yán)格并且難度較高的安裝實(shí)施要求、繁雜的后期維護(hù)等難題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法，包括：

步驟S1、實(shí)時讀取一路圖像采集裝置拍攝的原始圖像；

步驟S2、利用運(yùn)動向量檢測法捕捉原始圖像中縱向及橫向運(yùn)動單元，并對所述運(yùn)動單元進(jìn)行邊緣檢測，以確定邊緣點(diǎn)陣；

步驟S3、根據(jù)所述邊緣點(diǎn)陣在原始圖像中的位置，實(shí)時繪制出第一顏色的矩形框；

步驟S4、判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小與原始圖像的像素大小是否滿足預(yù)設(shè)比例關(guān)系，若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框；

步驟S5、利用背景差分和時間差分復(fù)合算法計(jì)算第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間；

步驟S6、判斷第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間是否小于預(yù)設(shè)時間，若是，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

步驟S7、根據(jù)預(yù)設(shè)判斷策略，對步驟S6篩選后保留的第二顏色的矩形框進(jìn)行二次篩選，以舍棄無效運(yùn)動目標(biāo)所對應(yīng)的第二顏色的矩形框，并判斷有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)；

步驟S8、將步驟S7篩選后保留的第二顏色的矩形框以動態(tài)圖像的形式顯示出來。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)判斷策略為：

若第二顏色的矩形框面積變化率保持在5％之內(nèi)，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)持續(xù)地縱向運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，且該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)為起立；

若第二顏色的矩形框面積變化率保持在5％之內(nèi)，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)持續(xù)地橫向運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，且該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)為移動；

若第二顏色的矩形框面積變化率為0，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無運(yùn)動，且內(nèi)存中無該第二顏色的矩形框的運(yùn)動狀態(tài)記錄，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率為0，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無運(yùn)動，但內(nèi)存中有該第二顏色的矩形框的運(yùn)動狀態(tài)記錄，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，根據(jù)內(nèi)存中前一時刻所記錄的運(yùn)動狀態(tài)判定當(dāng)前時刻該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)；

若第二顏色的矩形框面積變化率大于20％，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率介于5％～20％之間，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無持續(xù)的運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率介于5％～20％之間，但在預(yù)設(shè)時間有特定方向持續(xù)的運(yùn)動，返回步驟S5重新判斷該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)是否為有效運(yùn)動目標(biāo)。

優(yōu)選地，所述步驟S4具體為：

判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小X與原始圖像的像素大小Y是否滿足：Y*1％＜X＜Y*20％，其中X，Y為正整數(shù)；若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框。

優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為廣角攝像機(jī)；所述第一顏色為紅色，第二顏色為藍(lán)色；所述預(yù)設(shè)時間為1秒。

優(yōu)選地，所述基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法每隔10毫秒運(yùn)行一次。

一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括：

讀取單元，用于實(shí)時讀取圖像采集裝置拍攝的原始圖像；

邊緣檢測單元，用于利用運(yùn)動向量檢測法捕捉原始圖像中縱向及橫向運(yùn)動單元，并對所述運(yùn)動單元進(jìn)行邊緣檢測，以確定邊緣點(diǎn)陣；

繪制單元，用于根據(jù)所述邊緣點(diǎn)陣在原始圖像中的位置，實(shí)時繪制出第一顏色的矩形框；

第一判斷單元，用于判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小與原始圖像的像素大小是否滿足預(yù)設(shè)比例關(guān)系，若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框；

計(jì)算單元，用于利用背景差分和時間差分復(fù)合算法計(jì)算第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間；

第二判斷單元，用于判斷第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間是否小于預(yù)設(shè)時間，若是，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

第三判斷單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)判斷策略，對第二判斷單元篩選后保留的第二顏色的矩形框進(jìn)行二次篩選，以舍棄無效運(yùn)動目標(biāo)所對應(yīng)的第二顏色的矩形框，并判斷有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)；

輸出單元，將第三判斷單元篩選后保留的第二顏色的矩形框以動態(tài)圖像的形式顯示出來。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，至少具備以下有益效果：

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的這種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法及系統(tǒng)，對一路無嚴(yán)格要求的圖像采集裝置拍攝的原始圖像進(jìn)行分析，經(jīng)過三次判斷處理(分別采用不同的圖像分析算法和判斷策略)識別出有效的運(yùn)動目標(biāo)，并能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷策略檢測出被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)，為后續(xù)基于一路視頻流去研究運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤及定位奠定了基礎(chǔ)。

本發(fā)明提供的這種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法的優(yōu)點(diǎn)在于所有的輸出結(jié)果都是對一路視頻流分析所得，并且識別準(zhǔn)確率完全達(dá)到了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(一般認(rèn)為圖像識別準(zhǔn)確率達(dá)到95％以上才能支撐后期應(yīng)用)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中多路視頻分析帶來的較高的運(yùn)算代價、復(fù)雜的硬件設(shè)備、較嚴(yán)格并且難度較高的安裝實(shí)施要求、繁雜的后期維護(hù)等難題，極大提升了視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，從而可以加速技術(shù)普及和應(yīng)用推廣，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測系統(tǒng)的示意框圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見圖1，本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法，包括：

步驟S1、實(shí)時讀取一路圖像采集裝置拍攝的原始圖像；

步驟S2、利用運(yùn)動向量檢測法捕捉原始圖像中縱向及橫向運(yùn)動單元，并對所述運(yùn)動單元進(jìn)行邊緣檢測，以確定邊緣點(diǎn)陣；

步驟S3、根據(jù)所述邊緣點(diǎn)陣在原始圖像中的位置，實(shí)時繪制出第一顏色的矩形框；

步驟S4、判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小與原始圖像的像素大小是否滿足預(yù)設(shè)比例關(guān)系，若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框；

步驟S5、利用背景差分和時間差分復(fù)合算法計(jì)算第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間；

步驟S6、判斷第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間是否小于預(yù)設(shè)時間，若是，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

步驟S7、根據(jù)預(yù)設(shè)判斷策略，對步驟S6篩選后保留的第二顏色的矩形框進(jìn)行二次篩選，以舍棄無效運(yùn)動目標(biāo)所對應(yīng)的第二顏色的矩形框，并判斷有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)；

步驟S8、將步驟S7篩選后保留的第二顏色的矩形框以動態(tài)圖像的形式顯示出來。

其中，所述運(yùn)動狀態(tài)包括：起立、移動、起立后靜止、移動中靜止、從靜止回到坐下、從起立變?yōu)橐苿?、從靜止變?yōu)橐苿樱瑥囊苿踊氐阶隆?/p>

需要說明的是，預(yù)設(shè)比例關(guān)系、預(yù)設(shè)時間、預(yù)設(shè)判斷策略皆根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)置和制定。

對圖像采集裝置的安裝沒有嚴(yán)格要求，可根據(jù)需要進(jìn)行安裝。例如：室內(nèi)環(huán)境中，在人物前后向的墻壁上高度約2米的任意位置安裝攝像機(jī)一部，成像分辨率可以在D1(704*576)～1080P(1920*1080)之間，鏡頭角度與地面保持15-20度。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的這種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法，對一路無嚴(yán)格要求的視頻圖像采集裝置拍攝的原始圖像進(jìn)行分析，經(jīng)過三次判斷處理(分別采用不同的圖像分析算法和判斷策略)識別出有效的運(yùn)動目標(biāo)，并能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷策略檢測出被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)。同時，還能夠根據(jù)有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)去控制圖像采集裝置的拍攝角度，從而輸出包含被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在各個監(jiān)測時間點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動軌跡。

本發(fā)明提供的這種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法的優(yōu)點(diǎn)在于所有的輸出結(jié)果都是對一路視頻流分析所得，并且識別準(zhǔn)確率完全達(dá)到了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(一般認(rèn)為圖像識別準(zhǔn)確率達(dá)到95％以上才能支撐后期應(yīng)用)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中多路視頻分析帶來的較高的運(yùn)算代價、復(fù)雜的硬件設(shè)備、較嚴(yán)格并且難度較高的安裝實(shí)施要求、繁雜的后期維護(hù)等難題，極大提升了視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，從而可以加速技術(shù)普及和應(yīng)用推廣，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)判斷策略為：

若第二顏色的矩形框面積變化率保持在5％之內(nèi)，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)持續(xù)地縱向運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，且該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)為起立；

若第二顏色的矩形框面積變化率保持在5％之內(nèi)，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)持續(xù)地橫向運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，且該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)為移動；

若第二顏色的矩形框面積變化率為0，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無運(yùn)動，且內(nèi)存中無該第二顏色的矩形框的運(yùn)動狀態(tài)記錄，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率為0，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無運(yùn)動，但內(nèi)存中有該第二顏色的矩形框的運(yùn)動狀態(tài)記錄，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為有效運(yùn)動目標(biāo)，根據(jù)內(nèi)存中前一時刻所記錄的運(yùn)動狀態(tài)判定當(dāng)前時刻該有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)(如內(nèi)存記錄前一時刻的運(yùn)動狀態(tài)為起立，確定當(dāng)前時刻運(yùn)動狀態(tài)為起立后靜止；如內(nèi)存記錄前一時刻的運(yùn)動狀態(tài)為移動，確定當(dāng)前時刻運(yùn)動狀態(tài)為移動后靜止。)；

若第二顏色的矩形框面積變化率大于20％，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率介于5％～20％之間，且在預(yù)設(shè)時間內(nèi)無持續(xù)的運(yùn)動，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

若第二顏色的矩形框面積變化率介于5％～20％之間，但在預(yù)設(shè)時間有特定方向持續(xù)的運(yùn)動，返回步驟S5重新判斷該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)是否為有效運(yùn)動目標(biāo)。

優(yōu)選地，所述步驟S4具體為：

判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小X與原始圖像的像素大小Y是否滿足：Y*1％＜X＜Y*20％，其中X，Y為正整數(shù)；若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框。

優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為廣角攝像機(jī)；所述第一顏色為紅色，第二顏色為藍(lán)色；所述預(yù)設(shè)時間為1秒。

優(yōu)選地，所述基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測方法每隔10毫秒運(yùn)行一次。

參見圖2，本發(fā)明還提出了一種基于圖像處理的人體運(yùn)動狀態(tài)檢測系統(tǒng)100，包括：

讀取單元101，用于實(shí)時讀取圖像采集裝置拍攝的原始圖像；

邊緣檢測單元102，用于利用運(yùn)動向量檢測法捕捉原始圖像中縱向及橫向運(yùn)動單元，并對所述運(yùn)動單元進(jìn)行邊緣檢測，以確定邊緣點(diǎn)陣；

繪制單元103，用于根據(jù)所述邊緣點(diǎn)陣在原始圖像中的位置，實(shí)時繪制出第一顏色的矩形框；

第一判斷單元104，用于判斷第一顏色的矩形框內(nèi)圖像的像素大小與原始圖像的像素大小是否滿足預(yù)設(shè)比例關(guān)系，若是，則判定被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)在第一顏色的矩形框中，并將第一顏色的矩形框改為第二顏色的矩形框；

計(jì)算單元105，用于利用背景差分和時間差分復(fù)合算法計(jì)算第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間；

第二判斷單元106，用于判斷第二顏色的矩形框的持續(xù)運(yùn)動時間是否小于預(yù)設(shè)時間，若是，則判定該第二顏色的矩形框內(nèi)的被監(jiān)測人體運(yùn)動目標(biāo)為無效運(yùn)動目標(biāo)，舍棄該第二顏色的矩形框；

第三判斷單元107，用于根據(jù)預(yù)設(shè)判斷策略，對第二判斷單元篩選后保留的第二顏色的矩形框進(jìn)行二次篩選，以舍棄無效運(yùn)動目標(biāo)所對應(yīng)的第二顏色的矩形框，并判斷有效運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)；

輸出控制單元108，用于將第三判斷單元篩選后保留的第二顏色的矩形框以動態(tài)圖像的形式顯示出來。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術(shù)語“多個”指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。