一种前景目标检测的ip核及方法
【专利摘要】本发明提供一种前景目标检测的IP核及方法，能够基于纹理特征，分别检测视频画面中多个边框内的前景目标，并且实现背景的动态更新。本发明一种用于前景目标检测的IP核，包括坐标生成电路、灰度生成电路、帧缓存、LBP生成电路、静止帧计数电路、背景缓存、前景判定电路、边框内前景像素块计数器、边框坐标寄存器、边框颜色寄存器、图像叠加电路。本发明的前景目标检测电路中的各个模块均为硬件模块，不需要软件干预，硬件自动完成前景目标检测。边框的大小、位置、颜色等信息可以通过重写对应寄存器的值而进行配置。
【专利说明】一种前景目标检测的IP核及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种前景目标检测的IP核及基于该IP核的前景目标检测方法。
【背景技术】
[0002]目前国内可配置检测区域的前景目标检测技术多基于软件实现，并且运行在台式计算机或服务器上。目前没有能够实现可配置检测区域的前景目标检测专用电路。采用软件算法实现前景目标检测的嵌入式系统，其缺点是成本较高，功耗较大，并且实时性差。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种能够实现对多个边框区域内的前景目标分别进行检测的IP核，该IP核可在FPGA或芯片上实现。该IP核能实现背景动态更新。该IP核通过对比当前帧和背景帧的LBP值，能够减小光照强度变化对检测结果的影响。本发明还提供一种基于该IP核的前景目标检测方法。
[0004]本发明采用以下技术方案实现:一种前景目标检测IP核，其特征在于:包括坐标生成电路、灰度生成电路、帧缓存电路、LBP生成电路、静止帧计数电路、背景缓存电路、前景判定电路、边框内前景像素块计数器、边框坐标寄存器、边框颜色寄存器及图像叠加电路；所述坐标生成点电路根据视频的行场同步信号实时生成当前处理像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内；所述灰度生成电路将视频信号中的RGB信号实时转化为灰度信号，所述灰度生成电路的第一输出端接LBP生成电路的输入端，所述灰度生成电路的第二输出端接所述静止帧计数电路的一输入端，所述灰度生成电路的第三输出端接帧缓存电路的输入端；所述LBP生成电路的第一输出端接所述前景判定电路的第一输入端，所述LBP生成电路的第二输出端接所述背景缓存电路的一输入端，所述LBP生成电路根据所述灰度生成电路生成灰度信号生成各个像素块的LBP值，该LBP值缓存在背景缓存电路中；所述帧缓存电路的输出端接所述静止帧计数电路的另一输入端；所述静止帧计数电路的输出端接背景缓存电路的另一输入端，所述静止帧计数电路用于判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数；所述背景缓存电路的输出端接前景判断电路的另一输入端；所述前景判断电路的输出端接所述边框内前景像素块计数器的第一输入端，所述前景判断电路用于判断当前像素块是否为前景；所述边框内前景像素块计数器的第二输入端接所述坐标生成点电路的输出，其第三输入端接所述边框坐标寄存器的一输出端，其输出端接图像叠加电路的第一输入端；所述图像叠加电路的第二输入端接边框坐标寄存器的另一输出端，其第三输入端接所述边框颜色寄存器，其第四输入端接视频信号中的RGB信号，所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器和边框颜色寄存器前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块不超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
[0005]在本发明一实施例中，所述静止帧计数电路采用帧间差分法，将当前帧灰度信号和上一帧灰度信号进行对比，判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数，若连续出现的静止帧数大于规定值，所述的静止帧计数电路会将所述背景缓存模块的写使能信号拉高一帧的时间，并用当前帧的LBP值替换掉背景缓存中原有的LBP值。
[0006]在本发明一实施例中，所述IP核以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。
[0007]本发明还提供一种基于上述前景目标检测IP核的前景目标检测方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤SOl:所述灰度生成电路依照时间顺序依次根据图像的RGB信号计算出图像各个像素的灰度信号，LBP生成电路根据各个像素块内像素的灰度信号，生成各个像素块的LBP值，并将生成的LBP值缓存在背景缓存电路中，将第一帧图像作为背景帧；步骤S02:从视频第二帧图像开始，所述前景判定电路将当前像素块的LBP值和所述背景缓存电路中存储的背景帧中对应位置的LBP值进行对比，判断当前像素块是否为前景，同时所述坐标生成电路根据行场同步信号生成当前像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内；步骤S03:边框内前景像素块计数器根据前景判定电路对当前像素块的判定结果、坐标生成电路生成的当前像素块的坐标以及边框坐标寄存器中存储的边框坐标，统计出各个边框内的前景像素块个数；步骤S04:所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器、边框颜色寄存器以及各个边框内前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块没超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
[0008]在本发明一实施例中，还包括以下步骤:所述静止帧计数电路将灰度生成电路生成的当前像素的灰度值和帧缓存中存储的上一帧图像的灰度值进行对比，根据帧间差分法判断当前帧是否有运动目标，若连续M帧都未检测到运动目标，静止帧计数电路会将背景缓存电路写使能控制信号拉高一帧时间，然后拉低，背景缓存中存储的背景帧的LBP值会在背景缓存写使能控制信号拉高一帧的时间内被当前帧的LBP值替换，实现背景的更新，M为自然数。
[0009]在本发明一实施例中，所述前景目标检测方法以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。
[0010]本发明具有如下优点:本发明的前景目标检测IP核，所有模块都为硬件电路模块，具有很高的并行性，能够实现实时检测；本发明将当前监控画面中是否有运动目标作为背景差分法中背景更新的依据，能够实现背景的动态更新；本发明中的背景差分法将当前帧和背景帧中的LBP值进行对比，而不是将当前帧和背景帧的灰度值进行对比。这种做法能有效减小了光照强度变化对检测结果的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的系统框架图。
[0012]图2是本发明中像素块的示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0014]本发明的系统框架图参见图1。本发明提供一种前景目标检测IP核，包括坐标生成电路1、灰度生成电路2、LBP生成电路3、静止帧计数电路4、帧缓存5、前景判定电路6、背景缓存7、方框内前景像素计数器8、方框坐标寄存器9、方框颜色寄存器10、图像叠加电路11。所述坐标生成点电路根据视频的行场同步信号实时生成当前处理像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内；所述灰度生成电路将视频信号中的RGB信号实时转化为灰度信号，所述灰度生成电路的第一输出端接LBP生成电路的输入端，所述灰度生成电路的第二输出端接所述静止帧计数电路的一输入端，所述灰度生成电路的第三输出端接帧缓存电路的输入端；所述LBP生成电路的第一输出端接所述前景判定电路的第一输入端，所述LBP生成电路的第二输出端接所述背景缓存电路的一输入端，所述LBP生成电路根据所述灰度生成电路生成灰度信号生成各个像素块的LBP值，该LBP值缓存在背景缓存电路中；所述帧缓存电路的输出端接所述静止帧计数电路的另一输入端；所述静止帧计数电路的输出端接背景缓存电路的另一输入端，所述静止帧计数电路用于判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数；所述背景缓存电路的输出端接前景判断电路的另一输入端；所述前景判断电路的输出端接所述边框内前景像素块计数器的第一输入端，所述前景判断电路用于判断当前像素块是否为前景；所述边框内前景像素块计数器的第二输入端接所述坐标生成点电路的输出，其第三输入端接所述边框坐标寄存器的一输出端，其输出端接图像叠加电路的第一输入端；所述图像叠加电路的第二输入端接边框坐标寄存器的另一输出端，其第三输入端接所述边框颜色寄存器，其第四输入端接视频信号中的RGB信号，所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器和边框颜色寄存器前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块不超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
[0015]在本发明一实施例中，所述静止帧计数电路采用帧间差分法，将当前帧灰度信号和上一帧灰度信号进行对比，判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数，若连续出现的静止帧数大于规定值，所述的静止帧计数电路会将所述背景缓存模块的写使能信号拉高一帧的时间，并用当前帧的LBP值替换掉背景缓存中原有的LBP值。
[0016]在本发明一是实施例中，所述IP核以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。较佳的本发明采用3X3像素块，具体参见图2。
[0017]本发明还提供一种基于上述前景目标检测IP核的前景目标检测方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤SOl:所述灰度生成电路依照时间顺序依次根据图像的RGB信号计算出图像各个像素的灰度信号，LBP生成电路根据各个像素块内像素的灰度信号，生成各个像素块的LBP值，并将生成的LBP值缓存在背景缓存电路中，将第一帧图像作为背景帧；步骤S02:从视频第二帧图像开始，所述前景判定电路将当前像素块的LBP值和所述背景缓存电路中存储的背景帧中对应位置的LBP值进行对比，判断当前像素块是否为前景，同时所述坐标生成电路根据行场同步信号生成当前像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内；步骤S03:边框内前景像素块计数器根据前景判定电路对当前像素块的判定结果、坐标生成电路生成的当前像素块的坐标以及边框坐标寄存器中存储的边框坐标，统计出各个边框内的前景像素块个数；步骤S04:所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器、边框颜色寄存器以及各个边框内前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块没超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
[0018]在本发明一实施例中，还包括以下步骤:所述静止帧计数电路将灰度生成电路生成的当前像素的灰度值和帧缓存中存储的上一帧图像的灰度值进行对比，根据帧间差分法判断当前帧是否有运动目标，若连续M帧都未检测到运动目标，静止帧计数电路会将背景缓存电路写使能控制信号拉高一帧时间，然后拉低，背景缓存中存储的背景帧的LBP值会在背景缓存写使能控制信号拉高一帧的时间内被当前帧的LBP值替换，实现背景的更新，M为自然数。M可以根据实际精度需求由用户进行设置。
[0019]在本发明一实施例中，所述前景目标检测方法以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。较佳的本发明采用3X3像素块，具体参见图2。
[0020]采用本发明的技术方案能够实现对视频中多个特定方框区域内的前景目标进行检测，并能够在应用现场根据需要配置方框区域。LBP (本地二值模式)可以用来描述图像的纹理特征，本发明采用的LBP算子能够减少光照强度变化对检测结果的影响。同时本发明能够实现背景的动态跟新。
[0021]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种前景目标检测IP核，其特征在于:包括坐标生成电路、灰度生成电路、帧缓存电路、LBP生成电路、静止帧计数电路、背景缓存电路、前景判定电路、边框内前景像素块计数器、边框坐标寄存器、边框颜色寄存器及图像叠加电路； 所述坐标生成点电路根据视频的行场同步信号实时生成当前处理像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内； 所述灰度生成电路将视频信号中的RGB信号实时转化为灰度信号，所述灰度生成电路的第一输出端接LBP生成电路的输入端，所述灰度生成电路的第二输出端接所述静止帧计数电路的一输入端，所述灰度生成电路的第三输出端接帧缓存电路的输入端； 所述LBP生成电路的第一输出端接所述前景判定电路的第一输入端，所述LBP生成电路的第二输出端接所述背景缓存电路的第一输入端； 所述LBP生成电路根据所述灰度生成电路生成灰度信号生成各个像素块的LBP值，该LBP值缓存在背景缓存电路中； 所述帧缓存电路的输出端接所述静止帧计数电路的另一输入端； 所述静止帧计数电路的输出端接背景缓存电路的另一输入端，所述静止帧计数电路用于判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数； 所述背景缓存电路的输出端接前景判断电路的另一输入端； 所述前景判断电路的输出端接所述边框内前景像素块计数器的第一输入端，所述前景判断电路用于判断当前像素块是否为前景； 所述边框内前景像素块计数器的第二输入端接所述坐标生成点电路的输出，其第三输入端接所述边框坐标寄存器的一输出端，其输出端接图像叠加电路的第一输入端； 所述图像叠加电路的第二输入端接边框坐标寄存器的另一输出端，其第三输入端接所述边框颜色寄存器的输出端，其第四输入端接视频信号中的RGB输入信号，所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器和边框颜色寄存器前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块不超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
2.根据权利要求1所述的前景目标检测IP核，其特征在于:所述静止帧计数电路采用帧间差分法，将当前帧灰度信号和上一帧灰度信号进行对比，判断当前帧是否为静止帧，并对静止帧进行计数，若连续出现的静止帧数大于规定值，所述的静止帧计数电路会将所述背景缓存模块的写使能信号拉高一帧的时间，并用当前帧的LBP值替换掉背景缓存中原有的LBP值。
3.根据权利要求1所述的前景目标检测IP核，其特征在于:所述IP核以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。
4.一种基于权利要求1所述的前目标检测IP核的前景目标检测方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤SOl:所述灰度生成电路依照时间顺序依次根据图像的RGB信号计算出图像各个像素的灰度信号，LBP生成电路根据各个像素块内像素的灰度信号，生成各个像素块的LBP值，并将生成的LBP值缓存在背景缓存电路中，将第一帧图像作为背景帧； 步骤S02:从视频第二帧图像开始，所述前景判定电路将当前像素块的LBP值和所述背景缓存电路中存储的背景帧中对应位置的LBP值进行对比，判断当前像素块是否为前景，同时所述坐标生成电路根据行场同步信号生成当前像素块的坐标，并将生成的像素块的坐标传送到边框内前景像素块计数器内； 步骤S03:边框内前景像素块计数器根据前景判定电路对当前像素块的判定结果、坐标生成电路生成的当前像素块的坐标以及边框坐标寄存器中存储的边框坐标，统计出各个边框内的前景像素块个数； 步骤S04:所述图像叠加电路根据边框坐标寄存器、边框颜色寄存器以及各个边框内前景像素块的个数，在每一帧原始图像上叠加边框图像，若边框内前景像素块没超过阈值，边框不闪烁，若边框内前景像素块超过阈值，边框以闪烁的方式报警。
5.根据权利要求4所述的前景目标检测方法，其特征在于:还包括以下步骤:所述静止帧计数电路将灰度生成电路生成的当前像素的灰度值和帧缓存中存储的上一帧图像的灰度值进行对比，根据帧间差分法判断当前帧是否有运动目标，若连续M帧都未检测到运动目标，静止帧计数电路会将背景缓存电路写使能控制信号拉高一帧时间，然后拉低，背景缓存中存储的背景帧的LBP值会在背景缓存写使能控制信号拉高一帧的时间内被当前帧的LBP值替换，实现背景的更新，M为自然数。
6.根据权利要求4所述的前景目标检测方法，其特征在于:所述前景目标检测方法以像素块为单位进行判别，判别各个像素块属于前景还是背景；所述每个像素块是由画面上NXN个相邻像素组成的，N为大于I的自然数。
【文档编号】G06T7/20GK104519240SQ201410793059
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月20日 优先权日:2014年12月20日
【发明者】程树英, 郑柏春, 林培杰, 章杰, 赖松林, 陈志聪, 吴丽君 申请人:福州大学