專利名稱：基于時(shí)空相關(guān)特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)免信標(biāo)視覺測量技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視覺測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用時(shí)空相關(guān)特征的免信標(biāo)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。
背景技術(shù)：
常見的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)視覺測量技術(shù)有三種基本方法背景圖像差分法，幀間差分法和光流法。背景圖像差 分法檢測出的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置精確，且速度快，但在實(shí)際應(yīng)用中由于進(jìn)行比較的兩幅圖像攝自不同的時(shí)刻， 因此易受到光照變化、風(fēng)等自然因素和其它人為因素的影響。而且在某些情況下，研究對象在圖像上所占 區(qū)域中的部分像素灰度值可能會(huì)與參考圖像中對應(yīng)區(qū)域上的背景像素灰度值相同。目前開展了背景重構(gòu)的 研究，以期減少動(dòng)態(tài)場景對于準(zhǔn)確分割的影響，但這些方法還不是很完善；幀間差分法只檢測相對運(yùn)動(dòng)的 物體，因兩幅圖像之間的時(shí)間間隔較短，差分圖像受光線變化影響小，檢測有效而穩(wěn)定。但這類方法有兩 個(gè)缺陷G)兩幀間物體重疊部分沒有檢測出來，即只檢測出物體的一部分，在物體中間形成空洞；(2)檢 測出的物體的位置不精確，其外接矩形在運(yùn)動(dòng)方向上被拉伸，檢測出的目標(biāo)比真實(shí)的物體大；光流法的優(yōu) 點(diǎn)是能夠檢測獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的對象，而不需要預(yù)先知道場景的任何信息，缺點(diǎn)是運(yùn)算公式復(fù)雜、計(jì)算量大，在 沒有特殊硬件支持的條件下很難達(dá)到實(shí)時(shí)要求。
在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視覺測量中，對運(yùn)動(dòng)體的檢測與識(shí)別通常采用目標(biāo)點(diǎn)特征識(shí)別的方法。即事先在目標(biāo)運(yùn) 動(dòng)體上安裝特定的信號物，或事先在目標(biāo)體上選取特定的標(biāo)志點(diǎn)，通過對信標(biāo)(信號標(biāo)志物)的圖像識(shí)別 來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)運(yùn)動(dòng)體的識(shí)別與定位。這種采用信標(biāo)識(shí)別的方法不但對硬件環(huán)境要求高，而且信標(biāo)往往存在 失效、遮掩、脫落等問題，最終對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別帶來很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于時(shí)空相關(guān)特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)免信標(biāo)視覺測量技術(shù)。本發(fā)明所提出的 視覺測量技術(shù)是基于時(shí)空相關(guān)特征的，即充分考慮了運(yùn)動(dòng)像素的時(shí)間和空間相關(guān)性。在技術(shù)方案中對時(shí)間 上順序相關(guān)的圖像序列進(jìn)行了分析；與此同時(shí)，對于不同時(shí)間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，也充分考慮了其在圖像二 維空間上的關(guān)聯(lián)性。這種方法對于視覺測量的效果起到了很好的作用。不同于通常利用信標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 檢測的方法，該技術(shù)是一種免信標(biāo)的視覺測量技術(shù)。本發(fā)明中提出的免信標(biāo)是指無需事先在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上 安裝任何信號物，也無需事先在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上選取特定的標(biāo)志點(diǎn)。因此，利用本發(fā)明可在不設(shè)置任何信標(biāo)的 情況下，對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行視覺檢測。
技術(shù)方案具體表述如下本發(fā)明將幀圖像分為兩個(gè)圖像區(qū)域，利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)粗檢測。利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相關(guān)性，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)完全進(jìn)入圖像區(qū)域二時(shí)，在圖像區(qū)域二這個(gè) 局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行相鄰近幀間差分運(yùn)算，分割出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。具體采取的步驟如下
1. 首先獲得一幅只含有固定背景的圖像f/(X，力；
2. 從序列圖像中獲取當(dāng)前幀圖像i^Oc,;;);
3. 將〃(x,力和&(jc,力分別按列分成兩個(gè)圖像區(qū)域t^O,力、"20,力、《(x,力、F/(x,力
4. C/10,力與《(jc，力差分得到圖像A1 (X,力
A、:c,力—《(x,力-C/1
5. 利用判別準(zhǔn)則參數(shù)^對A、;c,y)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算
、"lo微 J
6. 計(jì)算圖像G乂JC，力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式如下
〃=—ZZ/"力
"[丄￡￡(/""))2])
其中m、"分別為圖像的行數(shù)和列數(shù)，/(Jc,力為0,力點(diǎn)處的灰度值。
7. 對均值和標(biāo)準(zhǔn)差加權(quán)運(yùn)算并求出評價(jià)指標(biāo)Q，計(jì)算公式如下所示
Q = &〃 +
鎖存另外一幀圖像MJ;c,力，把MJjc,力也分成兩個(gè)圖像區(qū)域M2(;c,力、M^(;c,力。 8 用MA2 (jc,力與Ft2 (jc,力差分得到圖像G2 (jc,力
C 2(xv)J1 《"力|>尸4
lo 微 J
本發(fā)明把背景圖像差分法和幀間圖像差分法結(jié)合起來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，有效地克服了二者的缺點(diǎn)， 自適應(yīng)能力、速度快，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明抗噪聲性能較好，能較好地從視頻圖像中檢測出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
本發(fā)明有以下一些技術(shù)特征
(1)背景圖像以及當(dāng)前幀圖像要分別按列分成兩個(gè)圖像區(qū)域；(2) 差分得到的圖像要利用判別準(zhǔn)則參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算圖像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；
(3) 通過均值和標(biāo)準(zhǔn)差加權(quán)運(yùn)算求出評價(jià)指標(biāo)；
(4) 引入判別準(zhǔn)則參數(shù)以確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的出現(xiàn)；
(5) 延遲時(shí)間的選取要保證運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能夠完全進(jìn)入圖像區(qū)域中。


圖1:檢測算法流程圖
圖2:高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的物體
圖3: 7;時(shí)刻采集圖像及識(shí)別結(jié)果
圖4: 7^時(shí)刻采集圖像及識(shí)別結(jié)果
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。將本發(fā)明應(yīng)用于檢測并識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的 一個(gè)物體，如圖2所示。當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)采集圖像，并通過此方法識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
第一步，當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)靜止時(shí)，采集物體的背景圖像f/(JC,少)。
f/(JC，力需要定時(shí)更新。設(shè)定一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)時(shí)間到并且沒有發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，就用當(dāng)前幀圖像更新
背景圖像f/0c，力。
第二步，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)開始高速運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)上的物體跟隨運(yùn)動(dòng)。根據(jù)采樣參數(shù)采集當(dāng)前幀圖像i^Oc，y),
并存入暫存器中。
第三步，將取得的圖像f/(;c,力和i^(x,力分別按列分成兩個(gè)圖像區(qū)域Wo,力、"2"力、
第四步，根據(jù)背景圖像選取閾值77f,及7W油，將圖像f/、;c,力與F/(x,力二值化，二值化之后的 圖像采用3x3的模板濾波去噪聲，然后兩幅圖像逐個(gè)像素做差分運(yùn)算得出差分圖像A乂;c，jO :
A'(x,力—巧(x,力-W"力l 第五步，利用判別準(zhǔn)則參數(shù)^對A10，^0進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算<formula>formula see original document page 6</formula>
判別準(zhǔn)則參數(shù)A的選取依據(jù)采樣率、圖像分辨率等參數(shù)而定。 一般地，在一次視覺測量中，檢測系統(tǒng) 的采樣率、圖像分辨率等參數(shù)是固定不變的。
第六步，計(jì)算圖像G、:c,:v)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中m、"分別為圖像的行數(shù)和列數(shù)，/(x，力為0，力點(diǎn)處的灰度值。
第七步，對均值和標(biāo)準(zhǔn)差加權(quán)運(yùn)算并求出評價(jià)指標(biāo)Q，計(jì)算公式如下所示
當(dāng)Q大于^時(shí)，確定有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，延遲一段時(shí)間r后，鎖存另外一幀圖像
MJx，力，把MJ;c，力也分成兩個(gè)圖像區(qū)域Ml(x，力、Mf(x，力。r的選擇要保證運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在r s后 完全進(jìn)入M^(x,;;)圖像區(qū)域中。
第八步，用A/fc2 (x,力與"(jc,力差分得到圖像G2 (;c,力，G2 0,力表征了圖像中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的變化， 對G2 0c,力進(jìn)一步處理可以得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和輪廓。
<formula>formula see original document page 6</formula>
本發(fā)明將背景圖像差分法和幀間圖像差分法有機(jī)結(jié)合，首先在圖像區(qū)域一中用背景圖像差分法對運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)進(jìn)行粗檢，當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)并完全進(jìn)入圖像區(qū)域二后，用相鄰近幀間圖像差分法分割出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。圖像區(qū) 域的劃分根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度而定，要保證運(yùn)動(dòng)目標(biāo)剛出現(xiàn)時(shí)不會(huì)進(jìn)入圖像區(qū)域二。本方法中用到的固定
背景[/(;c,力需要定時(shí)更新。設(shè)定一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)時(shí)間到并且沒有發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，就用當(dāng)前幀圖像更新
權(quán)利要求
1 基于時(shí)空相關(guān)特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)免信標(biāo)視覺測量技術(shù)，包括如下步驟首先將幀圖像分為兩個(gè)圖像區(qū)域，然后利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)粗檢測。再利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相關(guān)性，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)完全進(jìn)入圖像區(qū)域二時(shí)，在圖像區(qū)域二這個(gè)局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行相鄰近幀間差分運(yùn)算，分割出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，本發(fā)明中提出的免信標(biāo)是指無需事先在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上安裝任何信號物，也 無需事先在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上選取特定的標(biāo)志點(diǎn)。
3. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于獲得背景圖像t/0,;;)后，不斷地從序列圖像中獲取當(dāng)前幀圖 像K(x，力，并將t/(x，力和FJjc,力分別按列分成兩個(gè)圖像區(qū)域。
4. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一對當(dāng)前幀圖像與背景圖像進(jìn)行運(yùn)算，得到差分圖像其中i^(;c,力、C/乂x,力屬于圖像區(qū)域一范圍。
5. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于引入判別準(zhǔn)則參數(shù)戶。以確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的出現(xiàn)。
6. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于利用尸。對差分圖像A1進(jìn)行變換后得到評價(jià)指標(biāo)Q 。
7. 按權(quán)利要求5所述的方法，其恃征在于計(jì)算圖像G、;c,;0的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其中
8.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于對均值和標(biāo)準(zhǔn)差加權(quán)運(yùn)算并求出評價(jià)指標(biāo)Q，計(jì)算公式如下-
9.按權(quán)利要求i所述的方法，其特征在于確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)并延遲一段時(shí)間r后，采集一幀圖像Mt (x,力，計(jì)算0,力與《(x,力的差分得到圖像G2 (x,力。
10按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于差分圖像G、x，;0的計(jì)算公式如下<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明為基于時(shí)空相關(guān)特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)免信標(biāo)視覺測量技術(shù)，屬于視覺測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，提出一種基于視覺圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與檢測技術(shù)。該技術(shù)是一種免信標(biāo)的視覺測量技術(shù)，即無需事先在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)體上設(shè)置信號標(biāo)志物。技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)同時(shí)考慮了運(yùn)動(dòng)像素的時(shí)間和空間相關(guān)性，將背景圖像差分法和幀間圖像差分法結(jié)合起來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，有效地克服了二者的缺點(diǎn)，自適應(yīng)能力強(qiáng)、速度快，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明抗噪聲效果好，能較好地從視頻圖像中檢測出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
文檔編號G06T7/20GK101447083SQ20081024658
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者娜 倪, 鏑 曹, 賈英民 申請人:北京航空航天大學(xué);賈英民;曹 鏑