运动目标检测方法、装置和系统的制作方法

运动目标检测方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种运动目标检测方法、装置和系统，该方法包括步骤一，在一个输入图像和一个预设背景图像之间数字化一个差分图像的背景差分图像；步骤二，将各帧数字化图像进行比较，其重叠区域仍作为目标区域，增加区域从背景区域转变为目标区域，减少区域从目标区域转变为背景区域；步骤三，一个增加区域、一个减少区域和一个重叠区域被提取成一个单一的集成区域，可获取每个集成区域上显示的运动目标；步骤四，基于获取到的区域参数，通过计算检测运动目标。本发明提供的运动目标检测方法，在集成区域所显示的运动目标可被检测，可以单独地检测每一个被检测物体的运动目标，而且可以降低用于运动目标检测的运算量。
【专利说明】运动目标检测方法、装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动目标检测方法、运动目标检测装置和运动目标检测系统。具体而言，本发明涉及用于从图像信息中检测运动目标的运动目标检测方法和装置以及使用该方法和装置的运动目标检测系统。
【背景技术】
[0002]在常见运动目标检测方法中，图像在水平和垂直方向上分割成多个图像块，并计算各个图像块的运动目标矢量。具体地说，在某一时间内剪切的图像块(目标块)和在其他时间段内剪切的图像块(比较块)之间完成相关运算，如模式匹配。
[0003]在这种方法中，假设通过剪切图像获得的目标块的数目是M，每个目标块的像素为L X L，围绕目标块增设N象素的搜索范围，则需要个相关操作，这无疑是一个巨大的操作量。假定图像为640X 480像素，目标块包含16X16像素，搜索范围是土 32象素，L =16，M = 1200，N = 32。因此，相关运算的量约为每帧1.3千兆次。为了减少相关运算量，像素被稀疏化，以产生多个不同分辨率的图像。首先，将搜索具有最低分辨率的图像，然后通过该结果，重复搜索过程，直至最高分辨率的图像。然而，这种方法基本上使用的是模式匹配，产生大量的运算量，如果搜索范围扩大，运算量将呈指数形式增加。因此，搜索范围被限制，快速移动的运动目标不能被检测到。
[0004]现有运动目标检测技术确定运动目标的方法，参见专利号CN200710003278.4的中国专利，通过检测场景获得深度图像，建立并初始化该深度图像的高斯背景模型，从而确定该深度图像中的运动目标的像素点。其缺点在于:该技术需要利用大量的高斯统计和判定模型公式，利用算法及时更新高斯背景模型，计算量非常大，对运算处理单元要求高。
[0005]另一方面，运动目标检测方法还可以采用背景差分图像方法，用来检测运动目标的运动目标方向和移动量。在该方法中，获得背景图像和输入图像差值的背景差分图像。通过背景差分图像之间的比较，获取差分区域，然后获得运动目标的运动目标方向和移动量。其缺点在于:单个区域的重心是通过整个图像获取的，因此，如果存在多个待检测的运动目标，每个运动目标将不能被一一检测到。
[0006]

【发明内容】

[0007]针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一在多个被检测物体同时存的情况下，可以有效地减少运算量的和同一运动目标的检测频率的运动目标检测方法、装置和系统。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种运动目标检测方法，包括以下几个步骤:
步骤一，在一个输入图像和一个预设背景图像之间数字化一个差分图像的背景差分图
像，所述输入图像顺序输入每帧图像，所述数字化背景差分图像用于生成一个数字化图像，所述数字化图像由一个与背景图像不同的目标区域和一个与每帧的背景图像相同的背景区域组成；
步骤二，将各帧数字化图像进行比较，其重叠区域仍作为目标区域，增加区域从背景区域转变为目标区域，减少区域从目标区域转变为背景区域；其中，所述重叠区域是当前帧中像素值等于当前帧前一帧像素值的区域，所述增加区域是当前帧中像素值大于当前帧前一帧像素值的区域，所述减少区域是当前帧中像素值小于当前帧前一帧像素值的区域。
[0009]步骤三，一个增加区域、一个减少区域和一个重叠区域被提取成一个单一的集成区域，所述增加区域、减少区域和重叠区域相互之间是相邻的，基于每个集成区域的区域参数，可获取每个集成区域上显示的运动目标；增加区域和减少区域与重叠区域相邻时，通过连结增加区域、减少区域和重叠区域获得集成区域。
[0010]步骤四，基于获取到的区域参数，通过计算检测运动目标。
[0011]其中，步骤三和步骤四中所述的区域参数包括一个区域面积、X坐标和以及Y坐标和，所述X坐标和是指将该区域内所有像素坐标X坐标值之和，Y坐标和是指将该区域内所有像素坐标Y坐标值之和。
[0012]其中，在步骤一中，首先计算当前输入图像与其背景图像之间的差的绝对值，得到差分图像，再对差分图像进行阈值化处理，得到数字化图像。
[0013]本发明还提供一种运动目标检测装置，包括以下部分:
数字化图像生成装置，其作用在于，在一个输入图像和一个预设背景图像之间数字化一个差分图像的背景差分图像，所述输入图像顺序输入每帧图像，所述数字化背景差分图像用于生成一个数字化图像，所述数字化图像由一个目标区域和一个背景区域组成；所述目标区域和背景图像不同；而背景区域与每帧的背景图像相同；
帧比较装置，其作用在于，用于确定重叠区域、增加区域和减少区域，同一位置点，当前帧的像素值等于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为重叠区域；当前帧的像素值大于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为增加区域；当前帧的像素值小于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为减少区域；
区域提取装置，其作用在于，将彼此相邻的增加区域、降低区域、重叠区域提取出来，作为单个集成区域；其重叠区域仍作为目标区域，其增加区域从区域转变为目标区域，其减少区域从目标区域转变为背景区域；增加区域和减少区域相邻重叠区域时，通过连结增加区域、减少区域和重叠区域获得集成区域；
区域参数计算装置，其作用在于，对每个集成区域，增加区域和减少区域，获取区域参数，如区域像素值，X坐标和，Y坐标和；所述X坐标和是指将该区域内所有像素坐标X坐标值之和，Y坐标和是指将该区域内所有像素坐标Y坐标值之和；
运动目标检测装置，其作用在于，基于获取到的区域参数，通过计算检测运动目标。
[0014]其中，所述运动目标检测装置根据区域参数获取运动目标重心以检测运动目标。
[0015]本发明还提供一种运动目标检测系统，包括以下部分:
成像装置，其作用在于，通过对待检测目标及其附近拍摄图像，作为输入图像信息； 运动目标检测装置，其作用在于，基于成像装置输入的图像信号检测运动目标；
判定装置，其作用在于，基于运动目标检测装置检测到的信息，判定结果；
通信装置，其作用在于，将判定装置的结果送到预先设定的目的地。
[0016]其中，所述运动目标检测装置包括A/D转换器，帧存储单元，算术逻辑单元ALU和存储单元；所述A/D转换器将成像装置捕获的图像转换成数字化图像；所述帧存储单元存储A/D转换器转换的每一帧数字化图像；所述算术逻辑单元ALU对存储器中的内容进行处理；所述存储单元储存进行运动目标检测处理的程序、背景图像信息以及处理过程中产生的图像信息。
[0017]其中，所述成像装置采用一个鱼眼摄像头和一个全方位摄像机。
[0018]其中，所述成像装置可以采用一个红外相机。
[0019]其中，所述成像装置提供距离图像，所述距离图像包含实测场景的距离信息。
[0020]相较于现有技术，本发明提供的运动目标检测方法、装置和系统，其中运动目标检测方法，在集成区域所显示的运动目标可被检测，因此，即使在输入图像中包含多个要被检测的对象，每一个被检测物体的运动目标，可以单独地检测。另外，由于集成区域，增加区域和减小区域可以无需模式匹配而被检测到，用于运动目标检测的运算量可以显着地降低。
[0021]
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1是本发明提供的运动目标检测系统的方框图；
图2是表示在本发明执行的运动目标检测处理的流程图；
图3是表示在本发明执行的背景差分图像数字化处理的流程图；
图4是表示在本发明执行帧比较处理的流程图；
图5是表示在本发明执行区域分割过程的流程图；
图6-8表示从增加区域和减少区域的位置或大小(面积)来获得运动目标移动方向或移动量。
[0023]【具体实施方式】
[0024]为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0025]图1所示，本发明提供的运动目标检测系统包括成像装置，运动目标检测单元，判定装置和通信装置。成像装置，通过对待检测目标及其附近拍摄图像，将其作为输入图像信息；运动目标检测单元基于成像装置提供的图像信号检测运动目标；判定装置基于运动目标检测装置检测到的信息判定结果；通信装置将判定装置的结果送到预先设定的目的地。
[0026]具体地，运动目标检测单元包括A/D转换器，帧存储单元，算术逻辑单元(ALU)存储单元。A/D转换器将成像装置捕获的图像转换成数字化图像；帧存储单元存储A/D转换器转换的每一帧数字化图像；算术逻辑单元对存储器中的内容进行处理；存储单元储存ALU进行运动目标检测处理的程序、背景图像信息以及处理过程中产生的各类图像信息。
[0027]更具体地，存储器单元的背景图像是从成像装置从视频序列中预先抽取不含前景运动目标的一帧图像。从成像装置获取的背景图像需要进行实时更新。
[0028]图2 — 5显示了 ALU执行的运动目标检测过程，不断进行重复，所需时间比成像装置获取图像信息的时间稍长。
[0029]图2所示，当该过程开始时，成像装置获取的每帧图像信息经过数字化处理后存储在帧存储装置。然后，执行对背景差分图像进行数字化处理，生成数字化图像。背景差分图像是存储在帧存储装置的输入图像与存储在存储器的背景图像的差值合成的。假定输入图像像素坐标X轴m像素(m = 640 )，Y轴η像素(η= 480)。
[0030]图3所示，背景差分图像数字化处理过程，参数j对应像素坐标Y坐标值，参数i对应像素坐标X坐标值，首先对j初始化为0，同时对i也初始化为O。
[0031]然后，判定所得差分背景图像像素值(|By —CyI)是否大于阈值(T h I.)，所述％
表示背景图像的像素值，A,表示输入图像的像素值，阈值可以是预先设定的，或者可以采用图像全局自适应阈值方法获得。如果得到的差分像素值大于阈值，将数字化图像的像素
值(Dy)设定为I ;如果得到的差分像素值小于阈值，将数字化图像的像素值设定为O ;
当Dii被设定好之后，将参数i加I，然后判定参数i是否等于X轴像素值之和m:如
果两者不相等，返回差分像素值与阈值的比较；如果两者相等，将参数j加I，然后判定参数j是否等于Y坐标值之和η。如果两者不相等，返回参数i初始化阶段；如果两者相等，结束进程。
[0032]具体地，输入图像和背景图像通过背景差分处理，以产生背景差分数字化图像。在该数字化图像中，不同于背景图像的区域像素值0(^用I表示，而与背景区域无差异的区域
像素值DCij.用O表示。
[0033]以这种方式产生的数字化图像，如图2所示，将前帧数字化图像与前景数字化图像进行帧比较过程，产生帧差分图像(像素值用Rm表示)。
[0034]图4所示，在帧比较处理过程中，参数j对应像素坐标Y坐标值，参数i对应像素坐标X坐标值，首先对j初始化为0，同时对i也初始化为O。
[0035]令当前帧数字化图像的像素值为DCil,前一帧数字化图像的像素值是DPm，判定DCl}.和DPij是否等于1:如果DCt,和DPy都等于I，也就是目标区域不变，那么帧间比较图像的像素值R11设定为O，表示该区域为重叠区域；如果DCi,等于I，DPij等于O，也就是背景区域变成目标区域，Ry设定为I，表示该区域为增加区域；如果1)?等于O，DPy等于I，也就是目标区域变成背景区域，像素值Ry设定为一 I，表示该区域为减少区域；如果DCS|等于O，0%等于O，也就是背景区域保持不变，R:j设定为9 9，表示该区域为其他区域。[0036]当帧间比较图像的像素值Rtj以此种方式被设定后，将参数i加I，然后判定参数
i是否等于X坐标值之和m:如果两者不相等，返回DCii判定;如果两者相等，将参数j加
I，然后判定参数j是否等于Y坐标值之和η。如果两者不相等，返回参数i初始化阶段；如果两者相等，结束进程。
[0037]具体地说，帧间比较图像是由帧比较过程中产生，可分为四种类型区域。四种类型的区域，如表1所示，分别是增加区域(? =1)，减少区域(? = — 1)，重叠区域(? =
O)，其他区域(Ry = 9 9 ):所述增加区域是从背景区域改变到目标区域(DCij = I和DPii
=0)，减少区域是从目标区域变更为背景区域(DCu = O和DPij = 1)，重叠区域表示其目标区
域不变(DC:1 = I和DPy = I)，其他区域表示背景区域不变(DCy =0和DPij = O )。
[0038]帧间比较图像以上述方式产生，如图2所示，接着进行区域分割过程。在区域分割过程中，通过对增加区域，减少区域以及重叠区域的重组得到集成区域。于此同时，获得各种区域参数，如各区域像素值，X坐标和，Y坐标和。所述X坐标和是指将该区域内所有像素坐标X坐标值之和，Y坐标和是指将该区域内所有像素坐标Y坐标值之和。
[0039]图5所示，在区域分割过程中，参数j对应像素坐标Y坐标值，参数i对应像素坐标X坐标值，首先对j初始化为0，同时对i也初始化为O。
[0040]然后判定Rij是否等于9 9:如果Rii等于99，则跳到步骤S512，跳过步骤S504至
S511 ;如果Rij不等于99，则需判定是否有毗邻的集成区域。如果有毗邻的集成区域，读取集
成区域的区域参数；如果没有，则须确定Rij所指示的新集成区域，并对集成区域的区域参数初始化。
[0041]在步骤S505或S506中得到区域参数(区域面积S，X坐标值之和Xgum, Y坐标值之和Ysum)后，在步骤S507中更新区域参数。具体地，该区域面积S加I，X坐标值之和
加I，Y坐标值之和Ysum加I。
[0042]随后，判定Rij的大小:Ry为1，指示增加区域为-1，指示减少区域。当Rij为I时，更新在步骤S505或S506获取的增加区域的区域参数，然后进入步骤S512。具体地，具体地，该区域面积Sjm加I，X坐标值之和Xsumjae加I，Y坐标值之和Ysum_lne加I ;当\为一 I时，更新在步骤S505或S506获取的减少区域的区域参数，然后进入步骤S512。具体地，具体地，该区域面积Sj3eiz加I，X坐标值之和Xsum Jjec加I，Y坐标值之和YEumjjee加
I;当1^与两者都不同时，跳过更新增加区域或减少区域的区域参数，进入步骤3512。
[0043]更新区域参数后，参数i加I，然后判定参数i是否等于X坐标值之和m:如果两者不相等，返回步骤S503 ;如果两者相等，将参数j加I，然后判定参数j是否等于Y坐标值之和η。如果两者不相等，返回参数i初始化阶段；如果两者相等，结束进程。
[0044]具体地说，在区域分割过程中，彼此相邻的增加区域，减少区域和重叠区域，被提取出来作为集成区域。
[0045]获得集成区域和区域参数后，如图3所示，基于区域参数，对运动目标进行计算处理，然后结束该过程。在运动目标计算过程中，每个集成区域指示的移动方向的运动目标向
量V= (VfV3^Vz)和移动量在区域分割过程中获得。也就是说，运动目标的参数通过公式
(I)至(3)计算出来，同时通过公式(4)和(5)计算出集成区域的重心位置G= (Gx,Gy)。
【权利要求】
1.一种运动目标检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤一，在一个输入图像和一个预设背景图像之间数字化一个差分图像的背景差分图像，所述输入图像顺序输入每帧图像，所述数字化背景差分图像用于生成一个数字化图像，所述数字化图像由一个与背景图像不同的目标区域和一个与每帧的背景图像相同的背景区域组成； 步骤二，将各帧数字化图像进行比较，其重叠区域仍作为目标区域，增加区域从背景区域转变为目标区域，减少区域从目标区域转变为背景区域；其中，所述重叠区域是当前帧中像素值等于当前帧前一帧像素值的区域，所述增加区域是当前帧中像素值大于当前帧前一帧像素值的区域，所述减少区域是当前帧中像素值小于当前帧前一帧像素值的区域； 步骤三，一个增加区域、一个减少区域和一个重叠区域被提取成一个单一的集成区域，所述增加区域、减少区域和重叠区域相互之间是相邻的，基于每个集成区域的区域参数，可获取每个集成区域上显示的运动目标； 步骤四，基于获取到的区域参数，通过计算检测运动目标。
2.根据权利要求1所述的运动目标检测方法，其特征在于，步骤三和步骤四中所述的区域参数包括一个区域面积、X坐标和以及Y坐标和，所述X坐标和是指将该区域内所有像素坐标X坐标值之和，Y坐标和是指将该区域内所有像素坐标Y坐标值之和。
3.根据权利要求1所述的运动目标检测方法，其特征在于，在步骤一中，首先计算当前输入图像与其背景图像之间的差的绝对值，得到差分图像，再对差分图像进行阈值化处理，得到数字化图像。
4.一种运动目标检测装置，其特征在于，包括以下部分: 数字化图像生成装置，其作用在于，在一个输入图像和一个预设背景图像之间数字化一个差分图像的背景差分图像，所述输入图像顺序输入每帧图像，所述数字化背景差分图像用于生成一个数字化图像，所述数字化图像由一个目标区域和一个背景区域组成；所述目标区域和背景图像不同；而背景区域与每帧的背景图像相同； 帧比较装置，其作用在于，用于确定重叠区域、增加区域和减少区域，同一位置点，当前帧的像素值等于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为重叠区域；当前帧的像素值大于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为增加区域；当前帧的像素值小于当前帧前一帧的像素值，确定该区域为减少区域； 区域提取装置，其作用在于，将彼此相邻的增加区域、降低区域、重叠区域提取出来，作为单个集成区域；其重叠区域仍作为目标区域，其增加区域从区域转变为目标区域，其减少区域从目标区域转变为背景区域；增加区域和减少区域相邻重叠区域时，通过连结增加区域、减少区域和重叠区域获得集成区域； 区域参数计算装置，其作用在于，对每个集成区域，增加区域和减少区域，获取区域参数，如区域像素值，X坐标和，Y坐标和；所述X坐标和是指将该区域内所有像素坐标X坐标值之和，Y坐标和是指将该区域内所有像素坐标Y坐标值之和； 运动目标检测装置，其作用在于，基于获取到的区域参数，通过计算检测运动目标。
5.根据权利要求4所述的运动目标检测装置，其特征在于，所述运动目标检测装置根据区域参数获取运动目标重心以检测运动目标。
6.一种运动目标检测系统，其特征在于，包括以下部分:成像装置，其作用在于，通过对待检测目标及其附近拍摄图像，作为输入图像信息； 运动目标检测装置，其作用在于，基于成像装置输入的图像信号检测运动目标； 判定装置，其作用在于，基于运动目标检测装置检测到的信息，判定结果； 通信装置，其作用在于，将判定装置的结果送到预先设定的目的地。
7.根据权利要求6所述的运动目标检测系统，其特征在于，所述运动目标检测装置包括A/D转换器，帧存储单元，算术逻辑单元ALU和存储单元；所述A/D转换器将成像装置捕获的图像转换成数字化图像；所述帧存储单元存储A/D转换器转换的每一帧数字化图像；所述算术逻辑单元ALU对存储器中的内容进行处理；所述存储单元储存进行运动目标检测处理的程序、背景图像信息以及处理过程中产生的图像信息。
8.根据权利要求6所述的运动目标检测系统，其特征在于，所述成像装置采用一个鱼眼摄像头和一个全方位摄像机。
9.根据权利要求6所述的运动目标检测系统，其特征在于，所述成像装置可以采用一个红外相机。
10.根据权利要求6所述的运动目标检测系统，其特征在于，所述成像装置提供距离图像，所述距离图像包含实测场景的距离信息。
【文档编号】G06T7/20GK104021575SQ201410272087
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】谢小英, 高会民, 李木文, 李伟, 曲建绪, 吴祥国, 杜尚昆, 沈宇, 邬小波, 赵德明, 王雪松, 姚晓龙 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司, 南京特洛尼斯电力科技有限公司