自適應(yīng)實時圖像背景去除方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機硬件領(lǐng)域，尤指一種自適應(yīng)實時圖像背景去除方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，背景去除的算法研究已經(jīng)很廣泛，在交通監(jiān)測、門禁監(jiān)測、移動物體監(jiān)測等方面得到了廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)應(yīng)用還是通過軟件的方式實現(xiàn)背景去除，鮮有通過硬件的方式對背景去除進行實現(xiàn)。軟件實現(xiàn)的優(yōu)點是復(fù)制性強、實現(xiàn)簡單，而缺點是速度慢、平臺依賴性強。硬件實現(xiàn)的優(yōu)點是處理速度快、實時性強、成本低、使用靈活，缺點是實現(xiàn)復(fù)雜。
[0003]從表面上看，軟件實現(xiàn)的方式的成本應(yīng)該比硬件實現(xiàn)的方式成本低，但實際上比硬件的成本高，因為軟件運行在電腦等平臺上，而電腦本身的價格較高，也讓整個系統(tǒng)變得復(fù)雜龐大。從而引入了一系列問題，整個系統(tǒng)不便攜，功耗高。例如，在高速公路上，需要收集汽車實況，如果讓軟件搭載電腦等硬件設(shè)備去進行實時監(jiān)測會很不方便，同時電腦耗電高，在高速公路上，電能的供給也成問題?；蛘呃脭z像頭和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將圖片傳回監(jiān)控室，再利用軟件進行背景去除，在網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的情況下，圖片的實時傳輸將成為瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)，本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0006]數(shù)據(jù)存儲模塊，用以存儲圖像數(shù)據(jù)以及背景模型；
[0007]圖像存取模塊，用以接收圖像數(shù)據(jù)，并將接收到的圖像數(shù)據(jù)存儲至所述數(shù)據(jù)存儲豐旲塊;
[0008]背景去除模塊，從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取圖像數(shù)據(jù)以及與之對應(yīng)的背景模型，并根據(jù)所述背景模型對所述圖像數(shù)據(jù)進行背景判別，所述背景去除模塊根據(jù)判別結(jié)果生成與所述圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的mask碼以及背景去除的圖像數(shù)據(jù)，并將背景去除的圖像數(shù)據(jù)和/或mask碼存儲至所述數(shù)據(jù)存儲模塊。
[0009]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:還包括圖像縮小模塊，所述圖像縮小模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取背景去除的圖像數(shù)據(jù)，并將讀取的圖像數(shù)據(jù)縮小至預(yù)定尺寸;并將縮小后的圖像存儲至所述數(shù)據(jù)存儲模塊。
[0010]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:還包括圖像傳輸模塊，所述圖像傳輸模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取處理后的圖像數(shù)據(jù)，并將讀取的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部設(shè)備。
[0011]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:所述背景去除模塊包括數(shù)據(jù)讀寫子模塊、調(diào)度子模塊以及至少一個背景去除算法子模塊，其中:
[0012]所述數(shù)據(jù)讀寫子模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中逐個讀取所述圖像數(shù)據(jù)的像素以及和像素對應(yīng)的背景模型，并將所述圖像數(shù)據(jù)的像素以及背景模型發(fā)送至調(diào)度子模塊；同時所述數(shù)據(jù)讀寫子模塊接收背景去除算法子模塊生成的mask碼以及更新后的背景模型，并根據(jù)mask碼對所述圖像數(shù)據(jù)進行處理以生成背景去除的圖像數(shù)據(jù)，并將背景去除的圖像數(shù)據(jù)、mask碼以及更新后的背景模型存儲至所述數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0013]所述調(diào)度子模塊用于將圖像數(shù)據(jù)的像素以及與之對應(yīng)的背景模型從所述數(shù)據(jù)讀寫子模塊轉(zhuǎn)發(fā)至所述背景去除算法子模塊，并將所述背景去除算法子模塊生成的mask碼以及更新后的背景模型轉(zhuǎn)發(fā)至所述數(shù)據(jù)讀寫子模塊；
[0014]所述背景去除算法子模塊從所述調(diào)度子模塊接收圖像數(shù)據(jù)的像素以及與之對應(yīng)的背景模型，并根據(jù)所述背景模型對所述圖像數(shù)據(jù)的像素進行背景判別，所述背景去除算法子模塊根據(jù)判別結(jié)果生成mask碼以及更新后的背景模型。
[0015]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:所述背景去除算法子模塊進一步包括:
[0016]初步判斷單元，根據(jù)像素的背景模型初步判斷該像素是否為圖像背景；
[0017]背景模型更新單元，根據(jù)初步判斷的結(jié)果對所述背景模型進行更新；
[0018]背景模型歸一化單元，對更新后的背景模型進行歸一化處理；
[0019]最終判斷單元，使用歸一化處理后的背景模型對像素是否為圖像背景進行最終判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果生成mask碼。
[0020]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:每個所述像素包括K個與之對應(yīng)的背景模型，其中K為任意正整數(shù);每個所述背景模型包括平均值、權(quán)重、方差以及排序碼，每個像素的K個背景模型按照排序碼的降序進行排列。
[0021]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:所述初步判斷單元將所述背景模型按照排序碼的降序依次與像素進行比對，直到找到與所述像素匹配的背景模型，并記錄下該背景模型的位置kHit;
[0022]在每個背景模型和像素進行判斷的過程中，計算像素值和背景模型平均值之間的差值平方d2，同時計算該背景模型的方差var和方差門限varT之間的點乘；當(dāng)差值平方d2小于方差var和方差門限varT之間的點乘時，表示該背景模型和像素匹配；其中，方差門限varT為預(yù)設(shè)的系統(tǒng)參數(shù)。
[0023]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:當(dāng)所述初步判斷單元沒有找到和像素匹配的背景模型時，所述背景模型更新單元使用一個默認(rèn)背景模型替換排序碼最小的背景的模型；
[0024]當(dāng)所述初步判斷單元找到一個和像素匹配的背景模型時，所述背景模型更新單元對該背景模型的權(quán)重weight、平均值mean、方差var、排序碼sortkey進行更新，更新完成后對像素的K個模型按照排序碼的降序進行排序，并記錄下排序完成后與像素匹配的背景模型的位置kHit;更新過程中背景模型的計算公式如下:
[0025]weight=w+a*( l_w)
[0026]var=max(var_0+a*(d2-var_0) ,minVar)
[0027]mean=mu+a*(pix_mu)
[0028]sortkey=w/sqrt(var)
[0029]其中:w是原權(quán)重，α是學(xué)習(xí)率，d2是像素值與模型平均值的差值平方，pix是像素值，var_0是原方差值，mu是原平均值，minVar是預(yù)設(shè)定的最小方差，max表示取最大值，sqrt表示取平方根。
[0030]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:每個背景模型中的權(quán)重和平均值均采用定點數(shù)表示;在一個像素的K個背景模型中，當(dāng)所有的權(quán)重和平均值的高兩位為O時，背景模型歸一化單元將所有權(quán)重和平均值左移一位；當(dāng)K個背景模型中任意一個權(quán)重的最高位為I時，背景模型歸一化單元將所有權(quán)重和平均值右移一位。
[0031]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除系統(tǒng)的進一步改進在于:最終判斷單元在最終判斷的過程中，按照背景模型的排序碼的降序依次將背景模型的權(quán)值進行加權(quán)，每次加權(quán)之后，將加權(quán)值wsum與背景率BR進行比較;當(dāng)加權(quán)值wsum大于背景率BR時，記錄下最后一個加權(quán)的背景模型的位置kForeground;當(dāng)kForeground大于或等于kHit時，表示像素為背景點;最終判斷單元根據(jù)最終判斷的結(jié)果生成mask碼。
[0032]本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種自適應(yīng)實時圖像背景去除方法，該方法包括以下步驟:
[0033](I)圖像讀寫模塊接收圖像數(shù)據(jù)，并將接收到的圖像數(shù)據(jù)存儲至所述數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0034](2)背景去除模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取圖像數(shù)據(jù)以及與之對應(yīng)的背景模型，并根據(jù)所述背景模型對所述圖像數(shù)據(jù)進行背景判別；
[0035](3)背景去除模塊根據(jù)判別結(jié)果生成與所述圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的mask碼以及背景去除的圖像數(shù)據(jù)，并將背景去除的圖像數(shù)據(jù)和/或mask碼存儲至所述數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0036](4)圖像傳輸模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取處理后的圖像數(shù)據(jù)，并將讀取的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部設(shè)備。
[0037]本發(fā)明的自適應(yīng)實時圖像背景去除方法的進一步在于:所述背景去除模塊包括數(shù)據(jù)讀寫子模塊、調(diào)度子模塊以及至少一個背景去除算法子模塊，根據(jù)所述背景模型對所述圖像數(shù)據(jù)進行背景判別具體包括以下步驟:
[0038](I)所述數(shù)據(jù)讀寫子模塊從所述數(shù)據(jù)存儲模塊中逐個讀取所述圖像數(shù)據(jù)的像素以及和像素對應(yīng)的