专利名称：固定场景下运动目标检测系统及方法
技术领域：
本发明属于视频图像处理技术领域，涉及一种运动目标检测系统，尤其涉及一种固定场景下运动目标检测系统；同时，本发明还涉及一种固定场景下运动目标检测方法。
背景技术：
固定场景视频领域中，图像分析运动目标时具有无序性，然而视频图像分析应用于课堂教学领域和导录播系统中(尤其是针对学生和导录播系统这一特定群体)时，运动目标其实是有序或者更关注在某个方向的运动量。目前针对该类目标检测采用方法是通过手动方式，根据桌椅位置设置。一种方案 是在每个或几个相对应的位置手动设置运动目标检测区域，其他未被设定的区域即使有运动目标也不被关注。第二种方案是根据每个位置通过设置预置位的方式，来调动摄像机到指定位置发现该运动目标。现有方法存在如下缺陷针对目前教学领域的互动教学以及课桌位置的不固定性，操作非常困难，而且失灵。提出的解决方法为提供固定的几种桌椅摆放次序，但是仍然无法满足要求。另外，如果按照正常整幅画面做视频检测分析，则面临干扰问题非常严重第一，前排观众的举手图像尺寸大小会超过后排观众站起来时的尺寸大小；第二，后排观众在整幅画面中(针对教学领域和导录播系统中，一台摄像机兼顾整个教室画面，往往需要提供广角摄像机或者78。以上镜头)后排学生在摄像机视野场景中占据的画面像素量本身就很有限，全屏图像检测分析，会出现混乱状态。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的运动目标检测方案，以便提高检测效率及检测精确度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固定场景下运动目标检测系统，可避免干扰，提高检测效率及检测精确度。此外，本发明还提供一种固定场景下运动目标检测方法，可避免干扰，提高检测效率及检测精确度。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种固定场景下运动目标检测系统，所述系统包括图像获取单元，用以获取设定区域的视频或/和图像；目标特征提取单元，用以通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据；区域分割单元，用以根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域；检测参数设定单元，用以设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量；目标检测单元，用以检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。作为本发明的一种优选方案，所述系统进一步包括跟踪定位单元、第二图像获取单元；所述跟踪定位单元用以在目标检测单元判断有运动目标运动后，控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪。
作为本发明的一种优选方案，所述目标检测单元在运动区域内设定若干比对区域，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置；如果被比对的帧中找到被比对的图像，则确认被比对的图像分别在两个帧中的位
置坐标；若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元；如果某一时刻有多个检测区域均判断有活动目标运动，则不向跟踪定位单元发出通知及命令。作为本发明的一种优选方案，所述检测参数设定单元设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量。作为本发明的一种优选方案，所述系统包括若干图像获取单元，分别获取设定区域不同角度的画面；所述目标特征提取单元分别提取不同图像获取单元获取的画面，进而由区域分割单元分割；当目标检测单元检测到一个图像获取单元获取画面中有运动目标在运动时，即判断该运动目标正在运动。作为本发明的一种优选方案，所述区域分割单元分割的遮盖区域后期不做实时检测；每间隔设定长的时间会对遮盖区域做一次检测，如果遮盖区域出现运动目标，则将出现运动目标的遮盖区域分割出来，将其作为检测区域；如果检测区域经过后期检测，发现没有运动目标，则该检测区域后期也会转换为遮盖区域。一种上述固定场景下运动目标检测系统的目标检测方法，所述方法包括如下步骤图像获取步骤，图像获取单元获取设定区域的视频或/和图像；目标特征提取步骤，目标特征提取单元通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据；区域分割步骤，区域分割单元根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域；检测参数设定步骤，检测参数设定单元设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量；目标检测步骤，目标检测单元检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。作为本发明的一种优选方案，所述方法进一步包括跟踪定位步骤跟踪定位单元在目标检测单元判断有运动目标运动后，控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪。作为本发明的一种优选方案，所述目标检测步骤中，目标检测单元在运动区域内 设定若干比对区域，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置；如果被比对的帧中找到被比对的图像，则确认被比对的图像分别在两个帧中的位置坐标；若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元；如果某一时刻有多个检测区域均判断有活动目标运动，则不向跟踪定位单元发出通知及命令。作为本发明的一种优选方案，所述检测参数设定步骤中，设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量。作为本发明的一种优选方案，所述系统包括若干图像获取单元，分别获取设定区域不同角度的画面；所述方法中，所述目标特征提取单元分别提取不同图像获取单元获取的画面，进而由区域分割单元分割；当目标检测单元检测到一个图像获取单元获取画面中有运动目标在运动时，即判断该运动目标正在运动。本发明的有益效果在于本发明提出的固定场景下运动目标检测系统及方法，通过将画面中包含有运动目标的区域分割出来，只需要检测分割区域的运动目标，提高检测效率及精确度。同时，本发明仅检测某个设定方向的运动分量，从而进一步提高检测效率，避免干扰，提高检测精确度。
图I为本发明目标检测系统的组成示意图。图2为本发明目标检测方法的流程图。图3为区域分割单元分割运动区域的示意图。图4为目标检测单元判断运动目标运动的示意图。图5为目标检测单元判断运动目标未运动的示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一本发明主要是针对在教学领域中互动课堂，学生举手回答问题时的导录播，学生在回答问题时是站立姿态，正常和回答完毕后都是坐立状态。本专利目的就是准确捕捉到当前站立学生位置，并指挥辅助摄像机跟踪该学生的特征放大画面，如果同时检测到多个学生站立，跟踪摄像机保持原来全景初始位置。当然，本发明也适用于视频会议、演播室等其他场景。请参阅图1，本发明揭示了一种固定场景下运动目标检测系统，所述系统包括图像获取单元20、目标特征提取单元11、区域分割单元12、检测参数设定单元13、目标检测单元14、跟踪定位单元15、第二图像获取单元30。所述目标特征提取单元11、区域分割单元12、检测参数设定单元13、目标检测单元14、跟踪定位单元15可以设置于一计算机10内，该计算机10分别与图像获取单元20、第二图像获取单元30连接。所述系统可以连接若干图像获取单元20、若干第二图像获取单元30。 图像获取单元20用以获取设定区域的视频或/和图像。图像获取单元20可以为一个固定设置的摄像机。第二图像获取单元30则是通过控制系统驱动的可移动摄像机，通常根据计算机10获取的运动目标而被计算机10控制、转向该目标。目标特征提取单元11用以通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据。通常可以将运动区域设定为矩形块，二维坐标系中矩形块可以根据对角线2个顶点的坐标即可判断矩形块的位置。如对角线两个顶点坐标分别为(10，20)、(20，50)，实际就成了宽10，高30的矩形框。如图3所示，区域分割单元12根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域50，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域。两个相邻的检测区域50可以有重合的区域。检测区域50可以为矩形块，这些矩形块的参数坐标可以有重叠如第一个矩形坐标(10，10)、(20，40)，第二个矩形坐标(15，10),(25,40),第三个矩形坐标(10，20)、(20，50);将这些块定义为新的检测区域，并将这些检测区域的参数写入系统中，有多少个检测区域(矩形块)完全取决于获取了多少个运动目标。本实施例中，将拍摄画面分割，得到多个检测区域50，其他区域为遮盖区域，后期不做实时检测；但每间隔设定长的时间会对遮盖区域做一次检测，如果遮盖区域出现运动目标，则将出现运动目标的遮盖区域分割出来，将其作为检测区域50。同样地，如果检测区域50经过后期检测，发现没有运动目标出现，则该检测区域后期也会转换为遮盖区域。检测参数设定单元13用以设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量。由于在教学领域和导录播系统，针对“学生或观众”的活动不需要关注水平运动分量，仅需关注垂直运动分量，进而就可以自动设置不同位置不同情况下的运动目标检测区域“块”。本实施例中，所述检测参数设定单元设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量。目标检测单元14用以检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。具体地，当设定好参数后，系统自动记忆保存当前参数，接下来正常的教学或导录播开始时，系统将根据该参数作为标准判断检测运动目标的位置，然后将位置参数发送给受控制的第二图像获取单元(第二摄像机)。请参阅图3至图5，本实施例中，所述目标检测单元14在运动区域内设定若干比对区域51，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置。如图4所示，如果被比对的帧中找到被比对的图像，则确认被比对的图像分别在两个帧中的位置坐标；若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元15。
如图5所示，若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差小于设定阈值，则判断该运动目标没有发生垂直方向上的运动，没有出现比如学生或与会人员起立回答问题的情况，可能仅仅是身体的左右移动。当然，如果被比对的帧中没有发现所有比对区域中的被比对图像，则也不发出通知及命令。当然，如果某一时刻有多个检测区域均判断有活动目标运动，则也可以不向跟踪定位单元15发出通知及命令。系统运行后，学生或观众举手时，受运动检测区域块影响而不会产生干扰。学生站立回答问题时仅检测垂直分量，如出现左右摇晃等，则不会产生干扰。所述跟踪定位单元15用以在目标检测单元判断有运动目标运动后，控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪，控制其完成全自动导录播跟踪。以上介绍了本发明固定场景下运动目标检测系统的组成，本发明在揭示上述系统的同时，还揭示一种上述固定场景下运动目标检测系统的目标检测方法；请参阅图2，所述方法包括如下步骤步骤SI图像获取步骤，图像获取单元获取设定区域的视频或/和图像；步骤S2目标特征提取步骤，目标特征提取单元通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据；步骤S3区域分割步骤，区域分割单元根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域；步骤S4检测参数设定步骤，检测参数设定单元设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量。由于在教学领域和导录播系统，针对“学生或观众”的活动不需要关注水平运动分量，仅需关注垂直运动分量，进而就可以自动设置不同位置不同情况下的运动目标检测区域“块”。本实施例中，设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量。步骤S5目标检测步骤，目标检测单元检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。本实施例中，目标检测单元在运动区域内设定若干比对区域，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置。如果被比对的帧中找到被比对的图像，则确认被比对的图像分别在两个帧中的位置坐标；若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元。步骤S6跟踪定位步骤跟踪定位单元在目标检测单元判断有运动目标运动后， 控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述系统包括若干图像获取单元，分别获取设定区域不同角度的画面；所述目标特征提取单元分别提取不同图像获取单元获取的画面，进而由区域分割单元分割；当目标检测单元检测到一个图像获取单元获取画面中有运动目标在运动时，即判断该运动目标正在运动。本实施例可以更好地避免运动目标被遮挡而引起检测不到，可以有效提高系统的精确度。综上所述，本发明提出的固定场景下运动目标检测系统及方法，通过将画面中包含有运动目标的区域分割出来，只需要检测分割区域的运动目标，提高检测效率及精确度。同时，本发明仅检测某个设定方向的运动分量，从而进一步提高检测效率，避免干扰，提高检测精确度。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种固定场景下运动目标检测系统，其特征在于，所述系统包括 图像获取单元，用以获取设定区域的视频或/和图像； 目标特征提取单元，用以通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据； 区域分割单元，用以根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域； 检测参数设定单元，用以设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量； 目标检测单元，用以检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。
2.根据权利要求I所述的固定场景下运动目标检测系统，其特征在于 所述系统进一步包括跟踪定位单元、第二图像获取单元； 所述跟踪定位单元用以在目标检测单元判断有运动目标运动后，控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪。
3.根据权利要求2所述的固定场景下运动目标检测系统，其特征在于 所述目标检测单元在运动区域内设定若干比对区域，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置； 如果被比对的帧中找到被比对的图像，贝_认被比对的图像分别在两个帧中的位置坐标；若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元； 如果某一时刻有多个检测区域均判断有活动目标运动，则不向跟踪定位单元发出通知及命令。
4.根据权利要求I所述的固定场景下运动目标检测系统，其特征在于 所述检测参数设定单元设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量。
5.根据权利要求I所述的固定场景下运动目标检测系统，其特征在于 所述系统包括若干图像获取单元，分别获取设定区域不同角度的画面； 所述目标特征提取单元分别提取不同图像获取单元获取的画面，进而由区域分割单元分割；当目标检测单元检测到一个图像获取单元获取画面中有运动目标在运动时，即判断该运动目标正在运动。
6.根据权利要求I所述的固定场景下运动目标检测系统，其特征在于 所述区域分割单元分割的遮盖区域后期不做实时检测；每间隔设定长的时间会对遮盖区域做一次检测，如果遮盖区域出现运动目标，则将出现运动目标的遮盖区域分割出来，将其作为检测区域； 如果检测区域经过后期检测，发现没有运动目标，则该检测区域后期也会转换为遮盖区域。
7.—种权利要求I所述固定场景下运动目标检测系统的目标检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 图像获取步骤，图像获取单元获取设定区域的视频或/和图像； 目标特征提取步骤，目标特征提取单元通过前一帧或前一段时间内拍摄画面中运动目标的特征，分别提取出所述设定区域内的单个运动目标的运动目标大小、运动目标在不同姿态下的活动区域，然后综合不同姿态下的活动区域确定运动目标的运动区域，该运动区域能覆盖所述运动目标在不同姿态下的各个活动区域；运动目标大小、运动区域作为运动目标的标准参数，作为后续的分割依据； 区域分割步骤，区域分割单元根据所述目标特征提取单元提取的运动目标大小确定图像获取单元拍摄画面中各运动目标的位置，并进一步将所述图像获取单元拍摄的画面分割；按照标准参数中的运动区域为一个运动目标分割出一个检测区域，所有运动目标分配完之后剩下的区域为遮盖区域； 检测参数设定步骤，检测参数设定单元设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量； 目标检测步骤，目标检测单元检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于 所述方法进一步包括跟踪定位步骤跟踪定位单元在目标检测单元判断有运动目标运动后，控制第二图像获取单元将镜头转至该运动目标，对该运动目标进行定位跟踪。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于 所述目标检测步骤中，目标检测单元在运动区域内设定若干比对区域，并实时比对；将当前帧中各比对区域内的图像与前一帧或若干帧前中的图像做比对，寻找该对比区域内图像在前一帧或前面若干帧中图像的位置； 如果被比对的帧中找到被比对的图像，则确认被比对的图像分别在两个帧中的位置坐标； 若被比对的图像在两个帧垂直方向上的位置坐标之差大于设定阈值，则判断该运动目标发生运动，并通知跟踪定位单元； 如果某一时刻有多个检测区域均判断有活动目标运动，则不向跟踪定位单元发出通知及命令。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于 所述检测参数设定步骤中，设定运动目标的运动检测参数为仅检测运动目标的垂直运动分量； 所述系统包括若干图像获取单元，分别获取设定区域不同角度的画面； 所述方法中，所述目标特征提取单元分别提取不同图像获取单元获取的画面，进而由区域分割单元分割；当目标检测单元检测到一个图像获取单元获取画面中有运动目标在运动时，即判断该运动目标正在运动。
全文摘要
本发明揭示了一种固定场景下运动目标检测系统及方法，所述系统包括图像获取单元、目标特征提取单元、区域分割单元、检测参数设定单元、目标检测单元。目标特征提取单元用以提取出设定区域内的目标特征，从目标特征中提取出运动目标大小及运动区域；区域分割单元用以根据目标特征提取单元提取的运动目标大小及运动区域将拍摄画面分割为一个或多个检测区域和遮盖区域；检测参数设定单元用以设定检测区域中运动目标的运动检测参数，仅检测运动目标的设定方向的运动分量；目标检测单元用以检测各个检测区域内运动目标在设定方向的运动情况，从而判断运动目标的运动状态。本发明目标检测系统及方法，可有效提高检测效率及精确度。
文档编号G06T7/20GK102903125SQ20121036734
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者陈进友, 孟蜀锴 申请人:无锡天授信息科技有限公司