專(zhuān)利名稱(chēng)：基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻監(jiān)控技術(shù)，尤其是一種用于遠(yuǎn)程判定監(jiān)控用攝像機(jī)鏡頭濁否被遮擋以便進(jìn)行及時(shí)處理的方法，具體地說(shuō)是一種基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)各行業(yè)各種規(guī)模大小的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已非常普遍，除了治安、金融、銀行、交通、軍隊(duì)和口岸等特殊領(lǐng)域外，社區(qū)、寫(xiě)字樓、酒店、公共場(chǎng)所、工廠、商場(chǎng)、小區(qū)，甚至家庭，都已安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控領(lǐng)域在最近幾年更是加速發(fā)展，但隨著監(jiān)控?cái)z像機(jī)數(shù)量的不斷增加，少則幾干，多則幾萬(wàn)，幾十萬(wàn)。特別是長(zhǎng)期處于室外上作的攝像機(jī)，攝像機(jī)的鏡頭可能被污泥等物體局部遮擋，影響正常觀察，也有可能被人為惡意遮擋，如果這種情況不能被監(jiān)控人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控失效。
名稱(chēng)為相機(jī)鏡頭遮擋檢測(cè)系統(tǒng)及方法采用的遮擋檢測(cè)方法的中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)為CN102111532.A)采用的判別方法是:建立背景模塊，獲得平滑的背景圖像；用原始圖像與背景圖像差分獲得高頻分量分布圖；聯(lián)合增強(qiáng)圖像和經(jīng)預(yù)處理以后的原始圖像建立廣義圖像，對(duì)廣義圖像進(jìn)行邊緣提取并卷積；將卷積結(jié)果與設(shè)定閾值做比較，卷積結(jié)果小于設(shè)定閾值的判斷為候選遮擋區(qū)域；對(duì)候選遮擋區(qū)域的后續(xù)圖像像素進(jìn)行追蹤，若所有的像素亮度變化小于設(shè)定閾值，最終判斷為遮擋區(qū)域。該發(fā)明檢測(cè)遮擋基于兩方面:1.獲取畫(huà)面中的遮擋物的景物特征，2.追蹤其亮度變化以判斷是否為遮擋物。該專(zhuān)利需直接從視頻畫(huà)面出發(fā)根據(jù)景物特征判斷遮擋，該方法雖然可以判斷出長(zhǎng)期處于鏡頭上的遮擋區(qū)域，但是有可能會(huì)把視頻中的大型景物錯(cuò)誤的判斷為遮擋，并且對(duì)于突然出現(xiàn)的惡意遮擋無(wú)法檢測(cè)出。
名稱(chēng)為“一種用于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中的檢測(cè)視頻遮擋的方法”(公開(kāi)號(hào)為CN200710145468.X)的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種遮擋檢測(cè)方法，使用這種方法進(jìn)行遮擋檢測(cè)時(shí)，必須先獲得第一參考幀，判斷當(dāng)前幀是否為I幀的，如果是連續(xù)的I幀表示為大運(yùn)動(dòng)而非遮擋；從第一個(gè)非I幀開(kāi)始與第一參考幀相比獲得變化區(qū)域，且將當(dāng)前幀作為第二參考幀，記下一參考值；如果后續(xù)幀均為非I幀，則用所述變化區(qū)域的對(duì)應(yīng)區(qū)域與第二參考幀作比較，獲得其運(yùn)動(dòng)信息，記下另一參考值，將兩個(gè)參考值累加后超過(guò)設(shè)定的閾值則報(bào)警；如果后續(xù)幀又有I幀，則累加的參考值清零再重復(fù)。從上述描述可以看出，該發(fā)明中檢測(cè)遮擋使用的方法基于兩點(diǎn):1.需要先確定參考幀，2.從運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)出遮擋。該專(zhuān)利需利用參考幀從運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)遮擋，這種方法對(duì)于檢測(cè)突然出現(xiàn)的遮擋還是有一定效果的，但是其局限性在于參考幀的選擇，要出現(xiàn)符合條件的參考幀才能進(jìn)行遮擋檢測(cè)，并且對(duì)于大型的運(yùn)動(dòng)物體有可能會(huì)發(fā)生誤判。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的遮擋監(jiān)控方法存在的適用范圍小，易誤判的問(wèn)題，發(fā)明一種準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法，其特征是它包括以下步驟: 首先，獲取攝像機(jī)拍攝的彩色圖像；
其次，將彩色圖像進(jìn)行色度空間轉(zhuǎn)換，得到灰度圖像；用幀差法提取背景，并動(dòng)態(tài)更新該背景作為下一循環(huán)使用的背景；
第三，用背景減法得出前景，并將前景二值化，劃分出多個(gè)前景檢測(cè)單元；
第四，剔除像素面積小于設(shè)定閾值的前景檢測(cè)單元，計(jì)算其他前景檢測(cè)單元的像素面積值，將所計(jì)算出的各前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積進(jìn)行比值計(jì)算，將所計(jì)算的前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積的比值大于設(shè)定的閾值P3，則將該前景檢測(cè)單元視為候選遮擋區(qū)域；否則排除遮擋嫌疑；
第五，對(duì)候選的遮擋區(qū)域后續(xù)幀的像素進(jìn)行跟蹤，若像素的灰度信息和紋理信息變化小于預(yù)設(shè)的閾值則判定為可疑遮擋區(qū)域，進(jìn)行下一步的判斷；
最后，對(duì)可疑的遮擋區(qū)域的后續(xù)幀進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，若其穩(wěn)定的在視頻幀中存在超過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值，則確定所述攝像像頭被遮擋。所述的背景提取方法為:首先設(shè)定與原圖像大小相等的兩個(gè)像素存儲(chǔ)空間，一個(gè)為背景B，一個(gè)為背景掩膜Y，初始化像素存儲(chǔ)空間置O ;其次，用視頻圖像的第二幀減去第一幀后，得出像素值為O的像素點(diǎn)，則在背景掩膜Y中將該點(diǎn)的像素值置1，將其他像素值不為O的像素點(diǎn)在背景掩膜Y中的像素值全部置為O ;第三，掃描背景掩膜Y，如有像素值為I的點(diǎn)，則將 原視頻第二幀圖像中該點(diǎn)的像素值賦給背景B中同一位置的像素點(diǎn)；判斷背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，小于第一閾值Pl則表示背景建立完畢，若大于閾值A(chǔ)則用視頻的第三幀減去第二幀，如此循環(huán)，直到背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于第一閾值P1，則表示背景提取結(jié)束。所述的背景更新方法為:將所攝視頻第η幀的背景值Bn與第η+1幀的圖像像素值Fn+1相減，得出一差值Dn;
設(shè)定第二閾值P2，將差值Dn與該第二閾值P2進(jìn)行對(duì)比；
設(shè)定一背景更新系數(shù)Mn，若該第一差異值Dn大于該第二閾值，則該像素的該背景更新系數(shù)1為I,若該差值Dn小于或等于該第二閾值,則該像素的該背景更新系數(shù)Mn為O;
設(shè)定背景更新參數(shù)α，將該背景值Bn、該差值Dn、該背景更新值^以及該背景更新參數(shù)α代入下式:
Bn+1 = Bn + [ (l-α) (1-Mn) + α*Μη ]*Dn
即得到該像素在第η+1時(shí)刻的該背景值Βη+1，輸出此背景值Βη+1，以作為下一檢測(cè)循環(huán)運(yùn)算時(shí)此像素的新背景值，當(dāng)所有檢測(cè)單元中的所有像素的背景均完成更新后，即完成背景更新的處理循環(huán)。所述的背景更新參數(shù)α為介于O和0.1之間的常數(shù)。所述的前景二值化包括:
第η幀的視頻圖像Fn減去第η-l幀的背景Blri得出的差值D’ η ;
設(shè)定一第三閾值Ρ3，判定差值D’n中大于該閾值Ρ3的為前景，置為255，而小于該閾值P3的為背景，置為O。所述的前景檢測(cè)單元?jiǎng)澐质怯盟泥徲蛩阉鞯姆椒ù鎯?chǔ)前景的邊緣信息，檢索邊緣點(diǎn)的最小寬高值和最大寬高值劃一矩形框，即為一前景檢測(cè)單元，所述的四鄰域搜索具體指:掃描圖像，找到像素為某一值的像素點(diǎn)(i，j)，對(duì)其周?chē)?個(gè)點(diǎn)(1-1，j-1) (1-1, j)(1-1, j+1) (I, j-1) (I, j+1) (i+1, j-1) (i+1, j) (i+1，j+1)的像素值進(jìn)行判斷，等于該定值的則屬于同一前景檢測(cè)單元。
本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明通過(guò)建立背景提取前景，從運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)遮擋，并且根據(jù)遮擋定義確定合適的算法，可以在排除大范圍靜物和大型運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的前提下，準(zhǔn)確地檢測(cè)出遮擋。
本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單，精度高，適應(yīng)性廣的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
一種基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法，它包括以下步驟: 首先，獲取攝像機(jī)拍攝的彩色圖像； 其次，將彩色圖像進(jìn)行色度空間裝換，得到灰度圖像；用幀差法提取背景，并動(dòng)態(tài)更新該背景作為下一循環(huán)使用的背景；所述的背景提取方法包括:設(shè)定與原圖像大小相等的兩個(gè)像素存儲(chǔ)空間，一個(gè)為背景B，一個(gè)為背景掩膜Y，初始化像素存儲(chǔ)空間置O ;其次，用視頻圖像的第二幀減去第一幀后，得出像素值為O的像素點(diǎn)，則在背景掩膜Y中將該點(diǎn)的像素值置I，將其他像素值不為O的像素點(diǎn)在背景掩膜Y中的像素值全部置為O ;第三，掃描背景掩膜Y，如有像素值為I的 點(diǎn)，則將原視頻第二幀圖像中該點(diǎn)的像素值賦給背景B中同一位置的像素點(diǎn)；判斷背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，小于第一閾值Pl (可設(shè)定為100)則表示背景建立完畢，若大于閾值A(chǔ) (可設(shè)定為100)則用視頻的第三幀減去第二幀，如此循環(huán)，直到背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于第一閾值P1，則表示背景提取結(jié)束。所述的背景更新方法為:將所攝視頻第η幀的背景值Bn與第η+1幀的圖像像素值Fn+1相減，得出一差值Dn ;設(shè)定第二閾值P2(可為300)，將差值Dn與該第二閾值P2進(jìn)行對(duì)比；設(shè)定一背景更新系數(shù)Mn，若該第一差異值Dn大于該第二閾值，則該像素的該背景更新系數(shù)Mn為1，若該差值Dn小于或等于該第二閾值，則該像素的該背景更新系數(shù)Mn為O;設(shè)定背景更新參數(shù)α (可為介于O和0.1之間的常數(shù))，將該背景值Bn、該差值Dn、該背景更新值^以及該背景更新參數(shù)α代入下式: Bn+1 = Bn + [ (l-α) (1-Mn) + α*Μη ]*Dn 即得到該像素在第η+1時(shí)刻的該背景值Βη+1，輸出此背景值Βη+1，以作為下一檢測(cè)循環(huán)運(yùn)算時(shí)此像素的新背景值，當(dāng)所有檢測(cè)單元中的所有像素的背景均完成更新后，即完成背景更新的處理循環(huán)。由于攝像頭所欲監(jiān)測(cè)的范圍可能隨天色、天候或燈光的改變而產(chǎn)生光線的變化，原本的空間背景也有可能隨固定物的出現(xiàn)不同而改變，這些因素是背景更新的主要目的。因此，背景更新所隱含的意義在于，當(dāng)讀取的各別像素?cái)?shù)據(jù)與背景同一位置像素?cái)?shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果顯示有運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)，則背景以極小的比例更新，或甚至不更新。故背景更新參數(shù)α常定為甚小值或O。若經(jīng)判別并無(wú)運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)，其差異值純粹是因?yàn)楣饩€的改變?cè)斐杀尘靶┪⒌淖兓?，則本發(fā)明的背景更新步驟將可動(dòng)態(tài)地因應(yīng)此類(lèi)變化而保持檢測(cè)的正確性。
第三，用背景減法得出前景，并將前景二值化，劃分出多個(gè)前景檢測(cè)單元；前景二值化是指用第η幀的視頻圖像Fn減去第η-l幀的背景Blri得出的差值D’ η ;設(shè)定一第三閾值Ρ3，判定差值D’n中大于該閾值Ρ3的為前景，置為255，而小于該閾值P3的為背景，置為O。前景檢測(cè)單元?jiǎng)澐挚刹捎盟泥徲蛩阉鞯姆椒ù鎯?chǔ)前景的邊緣信息，檢索邊緣點(diǎn)的最小寬高值和最大寬高值劃一矩形框，即為一前景檢測(cè)單元，所述的四鄰域搜索具體指:掃描圖像，找到像素為某一值的像素點(diǎn)(i，j)，對(duì)其周?chē)?個(gè)點(diǎn)(1-1，j-1) (1-1, j) (1-1, j+1)(I, j-1) (I, j+1) (i+1, j-1) (i+1, j) (i+1，j+1)的像素值進(jìn)行判斷，等于該定值的則屬于同一前景檢測(cè)單元。第四，剔除像素面積小于設(shè)定閾值(如前景面積的一半)的前景檢測(cè)單元，計(jì)算其他前景檢測(cè)單元的像素面積值，將所計(jì)算出的各前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積進(jìn)行比值計(jì)算，將所計(jì)算的前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積的比值大于設(shè)定的閾值P3 (數(shù)字是多少？？)，則將該前景檢測(cè)單元視為候選遮擋區(qū)域；否則排除遮擋嫌疑；具體計(jì)算方法可采用先將前景檢測(cè)單元的寬或高小于一閾值的前景檢測(cè)單元去除；對(duì)滿足條件的前景檢測(cè)單元計(jì)算其前景面積，并存儲(chǔ)；計(jì)算各前景檢測(cè)單元的面積比值，大于閾值P3的設(shè)為候選遮擋區(qū)域。第五，對(duì)候選的遮擋區(qū)域后續(xù)幀的像素進(jìn)行跟蹤，若像素的灰度信息和紋理信息變化小于預(yù)設(shè)的閾值則判定為可疑遮擋區(qū)域，進(jìn)行下一步的判斷；具體過(guò)程為:鎖定候選遮擋區(qū)域X ;從后續(xù)幀灰度圖中計(jì)算候選遮擋區(qū)域X的灰度值，并提取紋理信息；比較連續(xù)N幀候選遮擋區(qū)域X灰度值和紋理信息，改變量小于預(yù)設(shè)閾值這定為可疑遮擋區(qū)域；遍歷所有候選遮擋區(qū)域，重復(fù)上述步驟。最后，對(duì)可疑的遮擋區(qū)域的后續(xù)幀進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，若其穩(wěn)定的在視頻幀中存在超過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值，則確定所述攝像像頭被遮擋。具體方法為:將可疑遮擋區(qū)域Si與視頻圖像面積相比得出比值R ;該可疑遮擋區(qū)域SI在圖像中持續(xù)的時(shí)間為T(mén) ;若R大于閾值P3(如0.5)，且T大于閾值P4 (如10)，則判定為遮擋。本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)圖像的強(qiáng)度值可以灰度表示，且可以一個(gè)以上色頻強(qiáng)度的組合表不。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法，其特征是它包括以下步驟: 首先，獲取攝像機(jī)拍攝的彩色圖像； 其次，將彩色圖像進(jìn)行色度空間轉(zhuǎn)換，得到灰度圖像；用幀差法提取背景，并動(dòng)態(tài)更新該背景作為下一循環(huán)使用的背景； 第三，用背景減法得出前景，并將前景二值化，劃分出多個(gè)前景檢測(cè)單元； 第四，剔除像素面積小于設(shè)定閾值的前景檢測(cè)單元，計(jì)算其他前景檢測(cè)單元的像素面積值，將所計(jì)算出的各前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積進(jìn)行比值計(jì)算，將所計(jì)算的前景檢測(cè)單元的面積與視頻圖像的面積的比值大于設(shè)定的閾值P3，則將該前景檢測(cè)單元視為候選遮擋區(qū)域；否則排除遮擋嫌疑； 第五，對(duì)候選的遮擋區(qū)域后續(xù)幀的像素進(jìn)行跟蹤，若像素的灰度信息和紋理信息變化小于預(yù)設(shè)的閾值則判定為可疑遮擋區(qū)域，進(jìn)行下一步的判斷； 最后，對(duì)可疑的遮擋區(qū)域的后續(xù)幀進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，若其穩(wěn)定的在視頻幀中存在超過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值，則確定所述攝像像頭被遮擋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的背景提取方法為:首先設(shè)定與原圖像大小相等的兩個(gè)像素存儲(chǔ)空間，一個(gè)為背景B，一個(gè)為背景掩膜Y，初始化像素存儲(chǔ)空間置O ;其次，用視頻圖像的第二幀減去第一幀后，得出像素值為O的像素點(diǎn)，則在背景掩膜Y中將該點(diǎn)的像素值置1，將其他像素值不為O的像素點(diǎn)在背景掩膜Y中的像素值全部置為O ;第三，掃描背景掩膜Y，如有像素值為I的點(diǎn)，則將原視頻第二幀圖像中該點(diǎn)的像素值賦給背景B中同一位置的像素點(diǎn)；判斷背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，小于設(shè)定的第一閾值Pl則表示背景建立完畢，若大于設(shè)定的閾值A(chǔ)則用視頻的第三幀減去第二幀，如此循環(huán)，直到背景B中為O的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于第一閾值P1，則表示背景提取結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的背景更新方法為:將所攝視頻第η幀的背景值Bn與第η+1幀的圖像像素值Fn+1相減，得出一差值Dn ； 設(shè)定第二閾值P2，將差值Dn與該第二閾值P2進(jìn)行對(duì)比； 設(shè)定一背景更新系數(shù)Mn，若該第一差異值Dn大于該第二閾值，則該像素的該背景更新系數(shù)1為I,若該差值Dn小于或等于該第二閾值,則該像素的該背景更新系數(shù)Mn為O; 設(shè)定背景更新參數(shù)α，將該背景值Bn、該差值Dn、該背景更新值^以及該背景更新參數(shù)α代入下式:Bn+1 = Bn + [ (l -α) (1-Mn) + α*Μη ]*Dn即得到該像素在第η+1時(shí)刻的該背景值Βη+1，輸出此背景值Βη+1，以作為下一檢測(cè)循環(huán)運(yùn)算時(shí)此像素的新背景值，當(dāng)所有檢測(cè)單元中的所有像素的背景均完成更新后，即完成背景更新的處理循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的背景更新參數(shù)α為介于O和0.1之間的常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的前景二值化包括: 第η幀的視頻圖像Fn減去第η-1幀的背景Blri得出的差值D’ η ; 設(shè)定第三閾值Ρ3，判定差值D’η中大于該閾值Ρ3的為前景，置為255，而小于該閾值Ρ3的為背景，置為O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的前景檢測(cè)單元?jiǎng)澐质怯盟泥徲蛩阉鞯姆椒ù鎯?chǔ)前景的邊緣信息，檢索邊緣點(diǎn)的最小寬高值和最大寬高值劃一矩形框，即為一前景檢測(cè)單元，所述的四鄰域搜索具體指:掃描圖像，找到像素為某一值的像素點(diǎn)(i，j)，對(duì)其周?chē)?8 個(gè)點(diǎn)(1-1，j-1) (1-1, j) (1-1, j+1) (I, j-1) (I, j+1) (i+1, j-1) (i+1, j)(i+1, j+1)的像素值進(jìn) 行判斷，等于該定值的則屬于同一前景檢測(cè)單元。
全文摘要
一種基于視頻圖像信號(hào)判定攝像鏡頭遮擋狀態(tài)的方法，其特征是通過(guò)攝像頭的取像，對(duì)視頻圖像進(jìn)行圖像處理，將視頻的背景提取出來(lái)，則可得出前景。對(duì)前景進(jìn)行二值化處理，劃分前景塊。依照前景塊的像素面積大小得到前景檢測(cè)單元，濾除其中的干擾區(qū)域，得到可疑遮擋區(qū)域。若判斷所述遮擋面積值大于預(yù)設(shè)的遮擋閾值，則確定所述的攝像頭被遮擋。用以解決攝像頭被遮擋而導(dǎo)致監(jiān)控失效的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單，精度高，適應(yīng)性廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N5/14GK103139547SQ20131005866
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者李曉飛, 韓光, 林澤, 方芳, 鄭晨, 何輝聰 申請(qǐng)人:昆山南郵智能科技有限公司