專利名稱：一種前景分割問題的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻處理領(lǐng)域，具體涉及前景分割結(jié)果的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
視頻中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割廣泛應(yīng)用在與視頻監(jiān)控有關(guān)的多種智能系統(tǒng)中，分割的質(zhì)量直接影響對(duì)關(guān)注目標(biāo)的檢測、跟蹤、識(shí)別、理解等一系列運(yùn)動(dòng)分析的準(zhǔn)確性。目前前景分割常用的ー些方法有幀差法、背景減、光流法、背景建模法，這些方法各有利弊，背景減和幀差法方法相對(duì)簡単，實(shí)時(shí)性好，但對(duì)背景環(huán)境要求較高，在雜亂背景或光照變化較大的場景中，效果較差；光流法計(jì)算量較大，實(shí)時(shí)性差 ，而且對(duì)背景光照敏感，會(huì)產(chǎn)生較大誤差；背景建模方法，對(duì)背景場景的每ー個(gè)像素建立ー個(gè)模型，并可以對(duì)像素模型進(jìn)行更新，此方法在復(fù)雜變化環(huán)境下效果較好；上述方法廣泛應(yīng)用于視頻處理領(lǐng)域，但是這些前景分割方法在進(jìn)行分割計(jì)算時(shí)都沒有考慮到像素之間的相關(guān)性，所以在進(jìn)行前景分割時(shí)會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)物體的空洞現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本文發(fā)明提出了一種對(duì)視頻圖像的前景分割結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化的方法，要解決的技術(shù)問題是前景分割后的空洞現(xiàn)象的優(yōu)化問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提出基于置信傳播思想的前景分割結(jié)果優(yōu)化方法，通過在像素之間傳播消息，加強(qiáng)像素之間的關(guān)聯(lián)，很好的解決了空洞現(xiàn)象。方法大體上包括以下幾步A、首先獲取原始視頻幀圖像，通過前景分割方法，得到初始的前景分割圖像；B、在此分割圖像的原始圖像中，計(jì)算每一個(gè)像素在圖像空間中的連續(xù)性值；C、在圖像四個(gè)方向并行進(jìn)行ー維消息的傳遞；D、計(jì)算每一個(gè)像素的狀態(tài)相似度；E、確定當(dāng)前圖像的前景分割優(yōu)化結(jié)果；在步驟A中，進(jìn)ー步細(xì)化為Al、獲取視頻幀圖像I，圖像的大小為MXN，在圖像中建立x-y坐標(biāo)系，x軸方向上的像素點(diǎn)數(shù)為M, y軸方向上的像素點(diǎn)數(shù)為N,規(guī)定圖像中任意點(diǎn)像素i的坐標(biāo)為(Xi, Yi)；A2、利用前景分割方法，對(duì)視頻幀圖像進(jìn)行前景分割，得到初始的前景分割圖像C，在初始的分割圖像中每個(gè)像素點(diǎn)只有兩個(gè)狀態(tài)，屬于前景或者屬于背景；在步驟B中，進(jìn)ー步細(xì)化為BI、對(duì)輸入的視頻幀圖像I，利用計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的梯度值，得到視頻幀圖像I相應(yīng)的梯度圖像G，定義像素i的梯度值為G(Xi，yi)；B2、根據(jù)公式(I)計(jì)算像素點(diǎn)i的連續(xù)性值，其中Z為梯度圖像G中的最大值W (X,, .V’,. ) = —[Z- (/(X,, .V,.)](I)
在步驟C中，可以進(jìn)一歩細(xì)化為Cl、初始化像素點(diǎn)i的狀態(tài)值小(Xi, Yi)，小(Xi, Yi)由像素點(diǎn)i在初始前景分割圖像C中的狀態(tài)決定；公式具體定義為
權(quán)利要求
1.ー種前景分割問題的優(yōu)化方法，其特征在于步驟如下 A、首先獲取原始視頻幀圖像，通過前景分割方法，得到初始的前景分割圖像； B、在此分割圖像的原始圖像中，計(jì)算每一個(gè)像素在圖像空間中的連續(xù)性值； C、在圖像四個(gè)方向并行進(jìn)行ー維消息的傳遞； D、計(jì)算每一個(gè)像素的狀態(tài)相似度； E、確定當(dāng)前圖像的前景分割優(yōu)化結(jié)果； 在步驟A中,進(jìn)ー步細(xì)化為 Al、獲取原始視頻幀圖像I，圖像的大小為MXN，在圖像中建立x-y坐標(biāo)系，x軸方向上的像素點(diǎn)數(shù)為M, y軸方向上的像素點(diǎn)數(shù)為N,規(guī)定圖像中任意點(diǎn)像素i的坐標(biāo)為(Xi, Yi)； A2、利用前景分割方法，對(duì)圖像進(jìn)行前景分割，得到初始的前景分割圖像C，在初始的分割圖像C中每個(gè)像素點(diǎn)只有兩個(gè)狀態(tài)，屬于前景或者屬于背景； 在步驟B中，進(jìn)ー步細(xì)化為 BI、對(duì)輸入的視頻幀圖像I，計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的梯度值，得到圖像I相應(yīng)的梯度圖像G，定義像素i的梯度值為G (Xi, Yi)； B2、根據(jù)公式(I)計(jì)算像素點(diǎn)i的連續(xù)性值Ψ (Xi，yi)，其中Z為梯度圖像G中的最大值 Ψ (ズ,，ア / ) = y[Z-(V(.v,, JA)](I) 在步驟C中，進(jìn)ー步細(xì)化為 Cl、初始化像素點(diǎn)i的狀態(tài)值Φ (Xi, yi)，公式具體定義為 ,{I,像素在E初始分割圖像C中為前景；1A Io，像素/在初始分割圖像C中為背景；… C2、計(jì)算圖像I中每ー個(gè)像素點(diǎn)的消息值； 在步驟C2中，進(jìn)ー步細(xì)化為 C21、初始化圖像中四個(gè)邊界上的像素點(diǎn)的消息值，具體如下 初始化圖像最左側(cè)一列上每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，m(0，P)表示坐標(biāo)為(0，p)的像素點(diǎn)的消息值，在P的取值范圍內(nèi)依次初始化最左側(cè)一列上每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，公式如下m(0, ρ) = Φ (O, ρ) ψ (O, p) {p |p e [O, N-l]} (3) 初始化圖像最右側(cè)一列上每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，m(M-l，ρ)表示坐標(biāo)為(M-l，p)的像素點(diǎn)的消息值，在P的取值范圍內(nèi)依次初始化最右側(cè)一列上每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，公式如下m(M_l, ρ) = Φ (M-1, ρ) ψ (M-1, ρ) {ρ I ρ e [O, N-l]} (4) 初始化圖像最上側(cè)一行的每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，m(s，O)表示坐標(biāo)為(S，O)的像素點(diǎn)的消息值，在s的取值范圍內(nèi)依次初始化最上側(cè)一行的每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，公式如下m(s，0) = (j5 (s，O) Ψ (s，O) {s|s e [1，Μ-2]} (5) 初始化圖像最下側(cè)一行每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，m(s，N-l)表示坐標(biāo)為(s，N-l)的像素點(diǎn)的消息值，在s的取值范圍內(nèi)依次初始化最下側(cè)一行的每個(gè)像素點(diǎn)的消息值，公式如下m(s, Ν-1) = Φ (s, Ν-1) Ψ (s, N-l) {s | s e [1，M_2]} (6) C22、在圖像中以邊界像素點(diǎn)為傳遞的起點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行自左至右，自右至左，自上至下，自下至上四個(gè)方向的ー維消息傳遞，在每一次傳遞過程中，分別按照上述方向在相鄰像素之間進(jìn)行消息傳遞，直到傳遞到這個(gè)方向上的最后ー個(gè)像素結(jié)束； 計(jì)算圖像I中非邊界的像素點(diǎn)i的消息值rn(Xi，yi)，公式如下 (7) 其中m(xk，yk)是像素i的相鄰像素k的消息值；在不同的傳遞方向上，相鄰像素k與i的位置關(guān)系不同，像素點(diǎn)i計(jì)算出來的消息值不同，在四個(gè)傳遞方 向上公式的具體解釋如下 在自左至右的傳遞方向上，像素k是像素i的左側(cè)相鄰像素； 在自右至左的傳遞方向上，像素k是像素i的右側(cè)相鄰像素； 在自上至下的傳遞方向上，像素k是像素i的上側(cè)相鄰像素； 在自下至上的傳遞方向上，像素k是像素i的下側(cè)相鄰像素； 在步驟D中，進(jìn)ー步細(xì)化為 D1、根據(jù)步驟C，在同時(shí)進(jìn)行了四個(gè)方向的消息傳遞后，圖像中的每個(gè)像素都會(huì)得到來自它的相鄰像素點(diǎn)的消息值； 像素j的坐標(biāo)為(Xj，yP，j的相鄰像素的個(gè)數(shù)為num(Xj，yj)，表示像素j在傳遞結(jié)束后得到的相鄰像素傳遞的消息值的個(gè)數(shù)為num(& Yj)； 在四個(gè)方向的消息傳遞結(jié)束后像素j得到消息值的和為meSS(Xj，yP，計(jì)算公式如下mess (Xj, Yj) =m(Xj_l, y』)+m(Xj+l, y』)+m (Xj, Yj-I) +m(Xj, Yj+1)，Uj-I - 0，y』_l 彡 0，Xj+1^ M-l, yj+1 ^ N-l) (8) 等號(hào)右邊是傳遞結(jié)束后像素j得到的相鄰像素傳遞的消息值，每個(gè)像素最多得到4個(gè)消息值；公式(8)的限定條件是Xj-1, yj_l,Xj+l, yj+Ι要在圖像大小MXN范圍內(nèi)，對(duì)于超出范圍的項(xiàng)，取消該項(xiàng)的消息值的計(jì)算；每個(gè)像素點(diǎn)按照此規(guī)則對(duì)得到的相鄰像素傳遞的消息值進(jìn)行求和； D2、根據(jù)像素點(diǎn)j得到的消息和mess (Xj, Yj)與該像素點(diǎn)相鄰像素的個(gè)數(shù)num(Xj，yj)，進(jìn)行求平均運(yùn)算，得到此點(diǎn)的狀態(tài)相似度值b (Xj, Yj)，具體計(jì)算如下式mess KXj,yj) =-, 、(9) num(Xi,yi) 在步驟E中，進(jìn)ー步細(xì)化為 E1、本發(fā)明對(duì)初始分割圖像C中的前景空洞的填充程度與閾值的大小有夫，閾值的取值范圍是(O. 6，O. 8);對(duì)于D2所得到的像素點(diǎn)j的狀態(tài)相似度值b(Xj，yj)，進(jìn)行閾值判斷，若b(Xj，yj)大于閾值，則像素點(diǎn)j為前景，否則為背景，得到分割優(yōu)化結(jié)果。
全文摘要
一種前景分割問題的優(yōu)化方法，具體是一種基于置信思想思想的對(duì)前景分割結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化的方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是優(yōu)化前景分割結(jié)果，解決前景分割結(jié)果中出現(xiàn)的空洞現(xiàn)象。首先利用前景分割方法進(jìn)行前景分割；然后，基于置信思想，圖像中并行進(jìn)行四個(gè)方向的一維消息傳遞，加強(qiáng)像素之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)前景分割結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明可以很好的消除前景分割結(jié)果中出現(xiàn)的空洞現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G06T7/20GK102855636SQ20121021642
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者毋立芳, 王紅, 武文斌, 顏鳳輝, 張靜文, 曹瑜 申請人:北京工業(yè)大學(xué)