專(zhuān)利名稱(chēng)：霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，特別涉及到一種霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已在各行業(yè)得到大力推廣和應(yīng)用，在很多公共場(chǎng)合，如道路監(jiān)控、小區(qū)安防、港口物流等，需要通過(guò)對(duì)視頻監(jiān)控圖像內(nèi)容進(jìn)行智能分析，實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)跟蹤和識(shí)別，尤其對(duì)公安系統(tǒng)定位可疑目標(biāo)意義重大。通常，晴天天氣下戶(hù)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)大都能清晰地顯示目標(biāo)圖像，并能借助圖像分析技術(shù)提取目標(biāo)圖像特征，但在霧天情況下，由于大氣中粒子的散射作用，場(chǎng)景的能見(jiàn)度低，監(jiān)控系統(tǒng)采集的圖像中目標(biāo)對(duì)比度下降、顏色失真偏移等，這將給圖像目標(biāo)的特征提取和識(shí)別帶來(lái)很大困難，尤其對(duì)實(shí)時(shí)交通監(jiān)控和戶(hù)外公共區(qū)域的安全監(jiān)控以及信息管理帶來(lái)隱患，以致監(jiān)管層很難針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況做出實(shí)時(shí)有 效的部署和調(diào)控。因此，迫切需要一種能對(duì)霧天條件下視頻監(jiān)控圖像中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的系統(tǒng)和裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)霧天圖像復(fù)原和景物細(xì)節(jié)清晰化，并在去霧后能對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行正確識(shí)別和分析。要實(shí)現(xiàn)霧天條件下快速、準(zhǔn)確地識(shí)別視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，是非常困難的事情，首先需要對(duì)霧天視頻進(jìn)行去霧處理，然后再運(yùn)用算法快速提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。目前圖像去霧方法主要分兩類(lèi)基于圖像處理的增強(qiáng)算法和基于復(fù)原的物理模型法。前者主要通過(guò)增強(qiáng)對(duì)比度改善圖像質(zhì)量，如直方圖均衡化、同態(tài)濾波、小波融合等，只能相對(duì)提高圖像質(zhì)量，并不能實(shí)現(xiàn)真正去霧，因此效果不明顯；而后者采用物理模型沿著圖像退化的逆過(guò)程復(fù)原圖像。對(duì)于物理去霧模型來(lái)說(shuō)，當(dāng)前大多算法需要需要利用參考視頻(如晴天視頻場(chǎng)景)的同一場(chǎng)景的圖像估計(jì)深度信息來(lái)恢復(fù)圖像對(duì)比度，但這對(duì)于實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不可能提前獲取晴天下同一場(chǎng)景的標(biāo)準(zhǔn)參考視頻。最近有文獻(xiàn)采用一種基于黑色通道優(yōu)先(Dark Channel Prior,DCP)的單幅去霧算法，采用拉普拉斯矩陣對(duì)傳輸圖進(jìn)行修補(bǔ)來(lái)改善塊狀效應(yīng)，雖然可以改善去霧效果，但在傳輸圖修補(bǔ)過(guò)程中會(huì)消耗大量的處理時(shí)間而導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差。另外，目前基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)方法主要有背景差分法，幀差法，光流法等。其中，背景差分法易受到光線(xiàn)與天氣等的影響，且需要不斷更新背景導(dǎo)致前景目標(biāo)識(shí)別效果不好；光流法計(jì)算量大且復(fù)雜，不適于實(shí)時(shí)處理；而幀差法因計(jì)算簡(jiǎn)單在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。綜上所述，對(duì)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、不間斷工作的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于氣候條件和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都是隨機(jī)的，所需處理的數(shù)據(jù)量很大，因此需要一種在無(wú)任何晴天參考視頻序列的情況下，能對(duì)霧天監(jiān)控視頻序列進(jìn)行快速去霧和準(zhǔn)確識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的系統(tǒng)裝置和處理方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的去霧方法和目標(biāo)識(shí)別方法以及相關(guān)系統(tǒng)裝置，能實(shí)現(xiàn)霧天視頻快速去霧并準(zhǔn)確提取更多的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)細(xì)節(jié)，對(duì)霧天條件下的視頻監(jiān)控圖像目標(biāo)識(shí)別具有重要意義，而且還具有良好的可移植性，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置，其特征在于，它包括攝像裝置，所述攝像裝置為用于獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)圖像的攝像頭或攝像機(jī)，通過(guò)視頻電纜連接至圖像采集裝置；圖像采集裝置，所述圖像采集裝置為將圖像轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流的圖像采集卡或圖像轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)PCI接口或656接口與圖像分析處理裝置連接；圖像分析處理裝置，所述圖像分析處理裝置為用于完成圖像算法實(shí)現(xiàn)的PC機(jī)、月艮務(wù)器或嵌入式CPU，包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI接口或656接口。本實(shí)用新型提出了一種霧天條件下視頻監(jiān)控圖像去霧和目標(biāo)檢測(cè)的方法和裝置，在去霧處理方法中，利用雙邊濾波的非迭代性和快速保邊性估計(jì)傳輸圖，從而有效提高了去霧運(yùn)算速度；對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中采用了三幀間差法結(jié)合自適應(yīng)閾值分割，實(shí)現(xiàn)了霧天視頻監(jiān)控運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)中。該實(shí)用新型不需借助任何參考視頻，能自動(dòng)有效地實(shí)現(xiàn)霧天監(jiān)控視頻圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，將具備廣闊的應(yīng)用前景。

圖I為本實(shí)用新型所述的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型所述的去霧預(yù)處理步驟的流程示意圖。圖3為本實(shí)用新型所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)步驟的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖I所示，本實(shí)用新型所述的霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置，包括攝像裝置部分，是指攝像頭、攝像機(jī)等圖像采集探頭，完成監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)圖像的獲??；圖像采集裝置，是指圖像采集卡、圖像轉(zhuǎn)換芯片等部件，將圖像轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流；圖像分析處理裝置，是指PC機(jī)、服務(wù)器、嵌入式CPU等設(shè)備，完成圖像算法的實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的所述的霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)方法，包括去霧預(yù)處理方法和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其中I)去霧預(yù)處理方法如圖2所示，首先建立霧天成像模型。在霧天條件下，景物的成像機(jī)制主要有2種
(I)景物光通過(guò)大氣傳送到攝像機(jī)過(guò)程中的光線(xiàn)衰減機(jī)制；(2)大氣中的粒子對(duì)環(huán)境光的散射。霧天視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的圖像可以表示為I = J (x) t (x) +A (1-t (x))(I)其中，I表示抽取的單幀霧天圖像，J為場(chǎng)景輻射度，即要恢復(fù)的真實(shí)圖像。A為整體大氣光，t為霧霾的介質(zhì)傳輸率。去霧的目的就是從I中獲得A、t和J。[0025]然后，通過(guò)DCP (黑色通道)估計(jì)整體大氣光，然后利用公式(2)對(duì)霧天圖像的亮度分量進(jìn)行多尺度Retinex變換，以增強(qiáng)圖像的邊緣細(xì)節(jié)和顏色對(duì)比度
NRm 卜，少)=(1o§ 7(x，y) - log[F (x，y) * 7(x，少)]}
=i (2)其中，N為尺度個(gè)數(shù)，I(x，y)為亮度圖像，F(xiàn)n(x, y)為對(duì)應(yīng)權(quán)值的高斯型環(huán)境函數(shù)。最后，采用雙邊濾波器優(yōu)化傳輸圖t。雙邊濾波器為
+CO+CO·[0029]Kx) = k—' Wj j
—00—00 ( 3 )其中，c(€，x)是鄰域中心點(diǎn)x和相鄰點(diǎn)I之間的幾何距離度量，s(f(0，f(x))度量的是f (I )和f (X)之間的光度相似性。雙邊濾波器在處理相鄰各像素的灰度值或彩色信息時(shí)，同時(shí)考慮了幾何上的鄰近關(guān)系和亮度上的相似性。它不僅加強(qiáng)了幾何域的平滑性還加強(qiáng)了光度域的平滑度，在去噪、保持圖像細(xì)節(jié)和計(jì)算量方面，效果明顯優(yōu)于均值濾波器、中值濾波器和高斯濾波器，適于實(shí)時(shí)的監(jiān)控圖像處理。利用上述雙邊濾波求得傳輸圖，從而得到場(chǎng)景輻射率，即去霧后的圖像，由此實(shí)現(xiàn)霧天監(jiān)控視頻的清晰化。其優(yōu)點(diǎn)在于I)不需要參考晴天模型，就能自動(dòng)有效地實(shí)現(xiàn)霧天視頻圖像的清晰化，2)傳輸圖處理得以?xún)?yōu)化，使得去霧處理運(yùn)算速度快，去霧效果顯著，對(duì)戶(hù)外監(jiān)控視頻圖像預(yù)處理具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。2)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)方法如圖3所示，視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)是將視頻圖像序列中的變化區(qū)域從背景中分割出來(lái)。然而，由于環(huán)境光照的變化、背景變換、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影、攝像機(jī)的抖動(dòng)以及多目標(biāo)遮擋等因素的存在，使得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精確檢測(cè)變得更復(fù)雜。本實(shí)用新型考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)以及目標(biāo)的快速檢測(cè)需要，采用了改進(jìn)的三幀間差分法和自適應(yīng)的最大類(lèi)間方差法提取目標(biāo)區(qū)域，解決了傳統(tǒng)兩幀間差法容易產(chǎn)生空洞的缺陷和目標(biāo)的快速識(shí)別。三幀間差分法思想首先對(duì)連續(xù)三幀圖像進(jìn)行去霧預(yù)處理和sobel邊緣提取，得到兩幅差分圖像。相鄰兩幀圖像的亮度差計(jì)算如下d{^y) = \l
L0，else(4)式中，Il(x, y, i)和Ijx，y, i_l)分別是第i幀和第i_l幀的亮度分量，i表示幀數(shù)(i = I, A. N) ,N為序列巾貞總數(shù),T為閾值。差分圖像中像素點(diǎn)為I的區(qū)域即為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域。然后，將兩幅差分圖像的對(duì)應(yīng)像素相乘，再通過(guò)最大類(lèi)間差法進(jìn)行自適應(yīng)閾值分割處理，類(lèi)間方差定義為O 2J3 = W0 (U0-Ut) 2+W1 (U1-Ut) 2 = W0W1 (U0-U1)2 (5)令T在[0，L-1]范圍依次取值，使得類(lèi)間方差O2b最大的T值即為大津法的最佳閾值。優(yōu)點(diǎn)三幀間差法解決了目標(biāo)識(shí)別的空洞現(xiàn)象；而最大類(lèi)間法的自適應(yīng)閾值分害I]，依據(jù)圖像的灰度特性，以最佳門(mén)限將圖像分成前景和背景兩部分，不需要任何先驗(yàn)知識(shí)，從而使前景目標(biāo)誤判的概率最小。該方法運(yùn)算速度快，自適應(yīng)強(qiáng)，適合運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域的分割。然后，對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行二值化處理和形態(tài)學(xué)濾波識(shí)別出最終的目標(biāo)對(duì)象。由于可能受到部分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)誤判和噪聲的影響，經(jīng)過(guò)閾值分割后得到的二值圖像中往往存在大量微小區(qū)域和空洞，目標(biāo)區(qū)域的邊界也不平滑，因此采用膨脹和腐蝕、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算等形態(tài)學(xué)方法改善經(jīng)過(guò)閾值分割后二值圖像中存在的大量微小區(qū)域和空洞。最后，對(duì)后續(xù)的視頻圖像序列繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)霧天視頻監(jiān)控的智能化去霧和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。本實(shí)用新型提出了一種霧天條件下視頻監(jiān)控圖像去霧和目標(biāo)檢測(cè)的方法和裝置，在去霧處理方法中，利用雙邊濾波的非迭代性和快速保邊性估計(jì)傳輸圖，從而有效提高了 去霧運(yùn)算速度；對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中采用了三幀間差法結(jié)合自適應(yīng)閾值分割，實(shí)現(xiàn)了霧天視頻監(jiān)控運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)中。該實(shí)用新型不需借助任何參考視頻，能自動(dòng)有效地實(shí)現(xiàn)霧天監(jiān)控視頻圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，將具備廣闊的應(yīng)用前景。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求1.霧天條件下視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置，其特征在于，它包括 攝像裝置，所述攝像裝置為用于獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)圖像的攝像頭或攝像機(jī)，通過(guò)視頻電纜連接至圖像采集裝置； 圖像采集裝置，所述圖像采集裝置為將圖像轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流的圖像采集卡或圖像轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)PCI接口或656接口與圖像分析處理裝置連接； 圖像分析處理裝置，所述圖像分析處理裝置為用于完成圖像算法實(shí)現(xiàn)的PC機(jī)、服務(wù)器或嵌入式CPU，包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI接口或656接口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于霧天條件下的視頻監(jiān)控圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)裝置，其包括攝像裝置，所述攝像裝置為用于獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)圖像的攝像頭或攝像機(jī)，通過(guò)視頻電纜連接至圖像采集裝置；圖像采集裝置，所述圖像采集裝置為將圖像轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流的圖像采集卡或圖像轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)PCI接口或656接口與圖像分析處理裝置連接；圖像分析處理裝置，所述圖像分析處理裝置為用于完成圖像算法實(shí)現(xiàn)的PC機(jī)、服務(wù)器或嵌入式CPU，包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI接口或656接口。該實(shí)用新型不需借助任何參考視頻，能自動(dòng)有效地實(shí)現(xiàn)霧天監(jiān)控視頻圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06K9/32GK202495068SQ20122011617
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者武楠, 陳淑榮 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)