专利名称：一种双门限场面运动目标检测方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及本发明属于视频检测和民航场面监视技术领域，具体地说，，尤其是一 种基于视频图像的场面运动目标检测方法及系统，涉及视频背景的提取、运动目标检测与 分割等一系列方法及系统。
背景技术：
场面目标跟踪是机场场面监视领域的关键技术，其中基于视频图像的场面运动目 标监视方法是该领域一个重要的技术方向。在完成背景提取后，分割门限值的选取直接影 响到运动目标的检测和跟踪效果。当采用单一的固定门限值或自适应门限值时，由于视频 图像受场景内容及成像噪声的影响，难以实现前景与背景的完整区分，前景目标的检测和 跟踪效果不稳定。例如，当门限值较低时会出现噪声淹没前景目标的现象，运动目标的检测 和跟踪完全失效；当门限值较高时，噪声会被很好的消除，但也可能正确的前景目标也被抑 制掉，尤其是场面上较小的运动目标。现有成熟的目标检测和跟踪技术中，门限值的选取通常采用固定门限值或自适应 门限值等方法。固定门限值方法具有实现简单、计算速度快等特点，适合简单的场景。但当 遇到较复杂的场景及光照变化、目标与背景颜色接近时往往检测失败，该方法自适应性较 差。自适应门限值方法在门限选取策略上考虑背景和前景的差异，根据灰度统计信息选取 某个比例的灰度作为门限值进行背景和前景目标的分割。该方法常用在基于对比度分析的 目标检测和跟踪中，对于天空背景下目标的检测和跟踪有很好的效果，但对于复杂的地面 场景却并不理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决机场场面复杂背景和光照条件下运动目标检测和跟踪 的准确性、稳定性问题，提供了一种效果较好的双门限目标检测与跟踪方法和系统，可以方 便地应用的实际系统中。为解决上述技术问题，本发明的双门限场面目标检测跟踪方法采用以下步骤实 现
1.提取视频帧亮度分量，并对亮度分量进行背景初始化和更新；
2.提取当前帧的亮度分量并与背景进行差分，得到的灰度差分图像记为GrayDiff；
3.统计灰度差分图像GrayDiff的均值A和标准方差σ；
4.根据第3步的计算结果，分别设定低门限和高门限值
T1 = Ε+4σ
ΤΜ = ε + 0σ ；
5.将灰度差分图像GrayDiff分别按低门限和高门限值进行二值化得到运动目标的 粗分割结果；6.对二值化后的图像进行腐蚀和膨胀操作去除噪声；
7.统计高门限二值化图像中像素面积J大于kTH的所有区域，并记为kM；
8.统计高门限二值化图像中每个Aii对应的低门限二值化图像区域中像素面积J大于 Ak的所有区域，并记为A7i;
9.对低门限二值化图像中标记为的A7区域进行标定并作为场面目标的坐标。在所述步骤1中，所述亮度分量的提前是指将输入视频转换到YUV或YCbCr空间， 然后分理处亮度分量Y。在所述步骤2中，所述差分是指差值后再取绝对值，即灰度差分图像GrayDiff中 各数据是通过当前帧中的各像素值与初始背景中相应位置的像素值做差值后再取绝对值 所得到的结果。所述步骤3中，所述均值A是指灰度图像GrayDiff中所有像素点的平均值，所述 标准方差σ是指灰度图像GrayDiff中各像素点与均值差值平方和的平方根。所述步骤4中，所述低门限Tl和高门限&根据灰度差分图像GrayDiff中数据的 统计特点进行确定，即双门限的取值是可以任意的，优选方案中低门限的值选取均值加4 倍的统计方差，高门限的值方差项系数为低门限方差系数的2倍以上。所述步骤5中，所述二值化是指分别按低门限和高门限值将灰度差分图像 GrayDiff中高于门限值的像素置1 (对应灰度值为255)，低于门限值的像素置0 (对应灰度 值为0)。经低门限和高门限二值化处理后，分别得到低门限和高门限对应的二值化图像。所述步骤6中，腐蚀和膨胀操作均采用3x3模板。所述步骤7中，高门限二值化图像中，采用Carmy算子进行各区域的分割，保留并 记录面积大于km的区域，其中km的取值为80个像素，需要说明的是区域khi在数量上并不唯一。所述步骤8中，低门限二值化图像中区域A7i是通过统计步骤7中得到的区域khi 在低门限二值化图像中对应像素面积确定的，其中A7x的取值为350个像素，需要说明的是 区域A7i在数量上并不唯一。所述步骤9中，区域标定是指计算包含区域A7的矩形区域的左上角和右下角坐标 值，并将该坐标值作为对应场面目标的坐标。如图2，本系统有视频采集单元(含本地视频采集单元和远程视频采集单元)、场 面目标检测模块、网路交换机/路由器、视频解码器、视频存储服务器和DVR、视频采集单元 控制模块和显示单元构成。视频采集模块包含本地视频采集设备和远程视频采集设备，具 体指本地摄像机和远程摄像机。本地视频采集设备以局域网方式通过交换机/路由器与视 频解码器连接，远程视频采用设备通过互联网或专用网络与视频解码器连接。视频解码器 完成对本地或远程视频码流的解码，并将解码数据发送给视频预处理模块，同时将视频码 流复制给视频存储服务器和DVR设备。视频存储服务器和DVR负责视频码流的记录，供记 录回放使用。视频预处理模块包括视频帧抽取、视频/图像的预处理(包括图像降噪、画质 增强、分辨率调整、画面裁剪等)和帧存控制。视频预处理模块负责向场面运动目标检测模 块发送待处理数据。场面运动目标检测模块对视频/图像的内容采用双门限场面运动目标 检测方法实现对目标的检测及坐标标定。场面运动目标检测模块的检测结果直接发送给显 示单元。显示单元负责将场面运动目标检测模块的检测结果叠加在对应的视频/图像上，并将最终结果送给各显示设备。显示设备包含投影、液晶屏、CRT显示器和笔记本终端等。 视频采集单元控制模块实现对视频采集设备的参数控制(如曝光时间、光圈大小、视频/图 像格式、压缩标准、工作模式等)，通过交换机/路由器以局域网、互联网或专用网的方式进 行通信控制。系统的硬件设备连接如图所示。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是提供了一种效果较 好的双门限目标检测与跟踪方法，可以方便地应用的实际系统中。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1是本发明检测方法流程图。图2是本发明系统硬件框图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1，本发明的双门限场面目标检测跟踪方法采用以下步骤实现 提取视频帧亮度分量，并对亮度分量进行背景初始化和更新；
提取当前帧的亮度分量并与背景进行差分，得到的灰度差分图像记为GrayDiff ； 统计灰度差分图像GrayDiff的均值A和标准方差σ ； 根据第3步的计算结果，分别设定低门限和高门限值
T1 = Ε+Ασ
Th = 5 + 10α 将灰度差分图像GrayDiff分别按低门限和高门限值进行二值化得到运动目标的 粗分割结果；
对二值化后的图像进行腐蚀和膨胀操作去除噪声； 统计高门限二值化图像中像素面积J大于kTH的所有区域，并记为kM ； 统计高门限二值化图像中每个Aii对应的低门限二值化图像区域中像素面积J大于Ak 的所有区域，并记为^；
对低门限二值化图像中标记为的A7区域进行标定并作为场面目标的坐标。如图2，所述系统包括视频采集模块、场面目标检测模块、网路交换机/路由器、显 示设备；所述视频采集模块包含本地视频采集设备和远程视频采集设备，具体指本地摄像 机和远程摄像机；所述的本地视频采集设备通过交换机/路由器与视频解码器连接，所述 的远程视频采集设备通过互联网或专用网络与视频解码器连接；所述的显示设备包含投影、液晶屏、CRT显示器和笔记本终端。 本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于包括以下步骤实现1)提取视频帧亮度分量，并对亮度分量进行背景初始化和更新；2)提取当前帧的亮度分量并与背景进行差分，得到的灰度差分图像记为GrayDifT；3)统计灰度差分图像GrayDiff的均值A和标准方差σ；4)根据第3步的计算结果，分别设定低门限和高门限值；5)将灰度差分图像GrayDiff分别按低门限和高门限值进行二值化得到运动目标的粗 分割结果；6)对二值化后的图像进行腐蚀和膨胀操作去除噪声；7)统计高门限二值化图像中像素面积A大于km的所有区域，并记为khi；8)统计高门限二值化图像中每个Aii对应的低门限二值化图像区域中像素面积A大于 Ak的所有区域，并记为A7i;9)对低门限二值化图像中标记为的A7区域进行标定并作为场面目标的坐标。
2.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤1)中， 所述亮度分量的提前是指将输入视频转换到YUV或YCbCr空间，然后分理处亮度分量Y。
3.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤2)中， 所述差分是指差值后再取绝对值，即灰度差分图像GrayDiff中各数据是通过当前帧中的 各像素值与初始背景中相应位置的像素值做差值后再取绝对值所得到的结果。
4.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤3)中， 所述均值A是指灰度图像GrayDiff中所有像素点的平均值，所述标准方差σ是指灰度图 像GrayDifT中各像素点与均值A差值平方和的平方根。
5.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤4)中， 所述低门限TL和高门限TH根据灰度差分图像GrayDiff中数据的统计特点进行确定，即双 门限的取值是可以任意的，优选方案中低门限的值选取均值加4倍的统计方差，高门限的 值方差项系数为低门限方差系数的2倍以上。
6.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤5)中， 所述二值化是指分别按低门限和高门限值将灰度差分图像GrayDiff中高于门限值的像素 置1即对应灰度值为255，低于门限值的像素置0即对应灰度值为0 ；经低门限和高门限二 值化处理后，分别得到低门限和高门限对应的二值化图像。
7.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤6)中， 腐蚀和膨胀操作均采用3x3模板；所述步骤7)中，高门限二值化图像中，采用Carmy算子进 行各区域的分割，保留并记录面积大于Am的区域，其中Am的取值为80个像素，需要说明的 是区域Aii在数量上并不唯一。
8.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤8)中， 低门限二值化图像中区域A7i是通过统计步骤7)中得到的区域Aii在低门限二值化图像中 对应像素面积确定的，其中kTL的取值为350个像素，需要说明的是区域A7i在数量上并不唯一ο
9.根据权利要求1所述的双门限场面目标检测跟踪方法，其特征在于所述步骤9)中， 区域标定是指计算包含区域A7的矩形区域的左上角和右下角坐标值，并将该坐标值作为对 应场面目标的坐标。
10. 一种应用如权利要求1所述双门限场面目标检测跟踪方法的系统，其特征在于所 述系统包括视频采集模块、场面目标检测模块、网路交换机/路由器、显示设备；所述视频 采集模块包含本地视频采集设备和远程视频采集设备，具体指本地摄像机和远程摄像机； 所述的本地视频采集设备通过交换机/路由器与视频解码器连接，所述的远程视频采集设 备通过互联网或专用网络与视频解码器连接；所述的显示设备包含投影、液晶屏、CRT显示 器和笔记本终端。
全文摘要
本发明公开了一种基于视频图像的场面运动目标检测方法及系统，涉及视频背景的提取、运动目标检测与分割等一系列方法及系统。所述系统包括视频采集模块、场面目标检测模块、网路交换机/路由器、显示设备;本发明的有益效果是提供了一种效果较好的双门限目标检测与跟踪方法及系统，可以方便地应用的实际系统中。
文档编号G06T7/20GK102129692SQ20111007909
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者刘昌忠, 吴敏, 王娟, 王正宁 申请人:中国民用航空总局第二研究所