專利名稱：視頻圖像的背景提取及更新方法
技術領域：
本發(fā)明涉及運動目標檢測技術，具體涉及視頻圖像的背景提取及更新方法。
背景技術：
視頻圖像的背景提取及更新是運動目標檢測和分割的基礎。由于視頻存在運動物體視覺目標本身及周邊環(huán)境復雜多變的因素，因此獲得魯棒而高效的背景提取及更新方法，目前仍舊是計算機視覺中一個極具挑戰(zhàn)性的研究課題。視頻中運動目標的檢測和分割是計算機視覺領域的基礎課題。常用的運動目標檢測方法有光流法、幀差法和背景差分法等。背景差分法由于其能夠完整地分割出運動對象，并且在背景構建好之后能實現實時的運動檢測，因而被廣泛應用于視頻監(jiān)視、交通自動檢測等場合。背景差分法主要由背景提取、運動檢測、背景更新三部分構成，其中背景提取和更新是背景差分效果好壞的基礎。其中，一種常用的背景提取和更新方法是多幀平均法。多幀平均法的思想是獲取視頻連續(xù)的N幀，然后對這N幀取平均值得到背景幀。多幀平均法是最經典的背景提取及更新方法，由于其非自適應性而存在的缺陷有在初始階段需要一定時間來獲取穩(wěn)定的背景，因而在此期間不能很好檢測運動目標；在獲取穩(wěn)定的背景之后，當運動目標處于靜止狀態(tài)時，該方法不能實現對這類目標的檢測；對外部光線的干擾比較敏感，不具有很好的魯棒性。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種視頻圖像的背景提取及更新方法，其能解決魯棒性差，背景幀趨向穩(wěn)定的過程中無法檢測到運動目標以及運動目標處于靜止狀態(tài)時無法檢測的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下視頻圖像的背景提取及更新方法，包括以下步驟a、用當前幀與上一背景幀相減后，對所得圖像結果進行二值化，以得到背景區(qū)域和運動區(qū)域，二值化后的圖像結果記為圖像BKT ；b、保持圖像BKT的運動區(qū)域的灰度值不變；將圖像BKT的背景區(qū)域的灰度值使用當前幀的灰度值與上一背景幀的灰度值的加權平均值代替，即優(yōu)選的，在步驟a中，若當前幀為第T幀圖像或在第T幀圖像前，則當前幀與上一背景幀相減后不取絕對值，此過程可以有效消除初始背景幀對背景更新的影響，為第一階段；若當前幀在第T幀圖像后，則當前幀與上一背景幀相減后取絕對值，此過程可以有效消除外界光線對背景更新的干擾，為第二階段。初始背景幀可以選為第一幀圖像，仍然可以
3立刻對運動目標進行檢測。T的選取標準是，根據圖像處理的速度而定，使得第一階段能完全有效的消除初始背景幀對背景更新的影響，不至于使其殘留從而干擾第二階段的背景更新。優(yōu)選的，步驟a中，二值化的閾值的取值根據運動目標的灰度值與背景的灰度值的差值而設定。優(yōu)選的，α =0. 1，如此可以維持背景更新的延續(xù)性，并且能預警當前幀出現劇烈變化的情況。本發(fā)明具有如下有益效果即使在背景幀趨向穩(wěn)定的過程中，本發(fā)明的方法仍可以對運動目標進行檢測；而當運動目標由運動狀態(tài)變成靜止狀態(tài)時，運動目標仍可由該方法檢測；該方法可以有效的排除外部較弱光線的干擾，而且對強光的干擾也有很強的抵抗性。
圖I為本發(fā)明較佳實施例的視頻圖像的背景提取及更新方法的原理方框圖；圖2為本發(fā)明較佳實施例的視頻圖像的背景提取及更新方法的一種具體程序的流程圖。
具體實施例方式下面，結合附圖以及具體實施方式
，對本發(fā)明做進一步描述本發(fā)明提出的視頻圖像的背景提取及更新方法主要采用自適應的方法提取和更新背景。自適應體現在，利用輸入的上一背景幀和當前幀的運算對運動區(qū)域和背景區(qū)域進行區(qū)分，然后對當前背景幀按照運動區(qū)域和背景區(qū)域分別進行更新。如圖I為本實施例的視頻圖像的背景提取及更新方法的原理方框圖，具體包括以下三部分。一、背景輸入背景的提取及更新需要上一個背景幀，也就是前一次更新的背景幀，這個背景幀用于區(qū)分背景更新的運動區(qū)域和背景區(qū)域。二、區(qū)域區(qū)分有了上一背景幀，下一步需要區(qū)分當前幀的運動區(qū)域和背景區(qū)域，以便對背景幀進行自適應性更新。主要步驟是首先設定二值化的閾值(英文名稱為Threshold)，然后對上一背景幀和當前幀進行相減運算，對運算所得的圖像結果進行二值化，以區(qū)分出運動區(qū)域和背景區(qū)域，二值化后的圖像結果記為圖像BKT。其中的相減運算分為兩個階段，系統(tǒng)的開啟階段(即第一階段)和系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段(即第二階段)。開啟階段即第T幀圖像之前，相減運算僅僅是用上一背景幀減去當前幀，對結果不取絕對值。穩(wěn)定運行階段即第T幀圖像起，相減運算是用上一背景幀減去當前幀，并對結果取絕對值。三、背景更新根據上一步對運動區(qū)域和背景區(qū)域的區(qū)分結果，即圖像BKT，對兩個區(qū)域分別進行背景更新。對于圖像BKT的運動區(qū)域，新的背景幀保留上一背景幀的灰度值；對于圖像BKT的背景區(qū)域，新的背景幀由上一背景幀和當前幀的加權平均得到，即根據公式(I)運算得到新的背景幀。
. I α(X, V) + (I - a)lr, (x, v) /7'(.v,.v)e ιηο οιι region,、Bn,, (x, y) = i.⑴
1. [Bn (xr y)if (；\% y) e molion regiori其中，In(x，y)為當前幀的灰度值，Bn(x, y)為上一背景幀的灰度值，α為加權系數,且0彡α ( I, Bn+1 (x, y)為新的背景巾貞的灰度值。motion region表示運動區(qū)域。圖2為本實施例的視頻圖像的背景提取及更新方法的一種具體程序的流程圖。S201、初始化，包括定義變量T、Threshold，分別表示兩種相減運算的分界幀次和二值化的閾值，兩者優(yōu)選值分別為T=50、ThreshOld=30 ;定義幀數變量i=l ；S202、選取視頻序列的第一幀圖像為初始背景幀；S203、判斷幀數i是否滿足i ( T，若滿足則轉至S204，系統(tǒng)處于開啟階段；若不滿足則轉至S205，系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行階段；其中，當i=l時，上一背景幀就是初始背景幀；S204、在系統(tǒng)處于開啟階段時，使用當前幀減去上一背景幀，且不取絕對值；S205、在系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行階段時，使用當前幀減去上一背景幀，并且取其絕對值；S206、根據ThreshoId，對S204或者S205的圖像結果進行二值化，二值化后的圖像結果記為圖像BKT，以區(qū)分出運動區(qū)域和背景區(qū)域；S207、根據圖像BKT，對背景幀進行分區(qū)更新，即對于圖像BKT的運動區(qū)域，保留上一背景幀的灰度值；對于圖像BKT的背景區(qū)域，使用當前幀和上一背景幀的加權平均值代替，得到更新后的背景幀；S208、i=i+l，返回步驟S203，對后續(xù)幀進行更新。本發(fā)明所提出的自適應視頻圖像的背景提取及更新方法計算簡單，背景提取效果好，很好的解決了非自適應性背景提取及更新方法存在的問題。對于本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.視頻圖像的背景提取及更新方法，其特征在于，包括以下步驟 a、用當前幀與上一背景幀相減后，對所得圖像結果進行二值化，以得到背景區(qū)域和運動區(qū)域，二值化后的圖像結果記為圖像BKT ； b、保持圖像BKT的運動區(qū)域的灰度值不變；將圖像BKT的背景區(qū)域的灰度值使用當前幀的灰度值與上一背景幀的灰度值的加權平均值代替，即
2.如權利要求I所述的視頻圖像的背景提取及更新方法，其特征在于，在步驟a中，若當前幀為第T幀圖像或在第T幀圖像前，則當前幀與上一背景幀相減后不取絕對值；若當前幀在第T幀圖像后，則當前幀與上一背景幀相減后取絕對值。
3.如權利要求I所述的視頻圖像的背景提取及更新方法，其特征在于，步驟a中，二值化的閾值的取值根據運動目標的灰度值與背景的灰度值的差值而設定。
4.如權利要求I所述的視頻圖像的背景提取及更新方法，其特征在于，α=0.I。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻圖像的背景提取及更新方法，其首先設定二值化的閾值，然后對上一背景幀和當前幀進行相減運算，對運算所得的圖像結果進行二值化，以區(qū)分出運動區(qū)域和背景區(qū)域，二值化后的圖像結果記為圖像BKT。對于圖像BKT的運動區(qū)域，新的背景幀保留上一背景幀的灰度值；對于圖像BKT的背景區(qū)域，新的背景幀由上一背景幀和當前幀的加權平均得到。即使在背景幀趨向穩(wěn)定的過程中，本發(fā)明的方法仍可以對運動目標進行檢測；而當運動目標由運動狀態(tài)變成靜止狀態(tài)時，運動目標仍可由該方法檢測；該方法可以有效的排除外部較弱光線的干擾，而且對強光的干擾也有很強的抵抗性。
文檔編號G06T7/00GK102930541SQ20121042070
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2012年10月29日
發(fā)明者劉常春, 李倍貝, 譚琦, 宛如意, 黃凱寧, 尚昭琪 申請人:深圳市開天源自動化工程有限公司