專利名稱：基于時空相關特征的運動目標免信標視覺測量技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于視覺測量技術領域，涉及一種利用時空相關特征的免信標運動目標識別技術。
背景技術：
常見的運動目標視覺測量技術有三種基本方法背景圖像差分法，幀間差分法和光流法。背景圖像差 分法檢測出的運動目標位置精確，且速度快，但在實際應用中由于進行比較的兩幅圖像攝自不同的時刻， 因此易受到光照變化、風等自然因素和其它人為因素的影響。而且在某些情況下，研究對象在圖像上所占 區(qū)域中的部分像素灰度值可能會與參考圖像中對應區(qū)域上的背景像素灰度值相同。目前開展了背景重構的 研究，以期減少動態(tài)場景對于準確分割的影響，但這些方法還不是很完善；幀間差分法只檢測相對運動的 物體，因兩幅圖像之間的時間間隔較短，差分圖像受光線變化影響小，檢測有效而穩(wěn)定。但這類方法有兩 個缺陷G)兩幀間物體重疊部分沒有檢測出來，即只檢測出物體的一部分，在物體中間形成空洞；(2)檢 測出的物體的位置不精確，其外接矩形在運動方向上被拉伸，檢測出的目標比真實的物體大；光流法的優(yōu) 點是能夠檢測獨立運動的對象，而不需要預先知道場景的任何信息，缺點是運算公式復雜、計算量大，在 沒有特殊硬件支持的條件下很難達到實時要求。
在運動目標的視覺測量中，對運動體的檢測與識別通常采用目標點特征識別的方法。即事先在目標運 動體上安裝特定的信號物，或事先在目標體上選取特定的標志點，通過對信標(信號標志物)的圖像識別 來實現(xiàn)對目標運動體的識別與定位。這種采用信標識別的方法不但對硬件環(huán)境要求高，而且信標往往存在 失效、遮掩、脫落等問題，最終對運動目標的識別帶來很大影響。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于時空相關特征的運動目標免信標視覺測量技術。本發(fā)明所提出的 視覺測量技術是基于時空相關特征的，即充分考慮了運動像素的時間和空間相關性。在技術方案中對時間 上順序相關的圖像序列進行了分析；與此同時，對于不同時間點上的運動目標，也充分考慮了其在圖像二 維空間上的關聯(lián)性。這種方法對于視覺測量的效果起到了很好的作用。不同于通常利用信標進行運動目標 檢測的方法，該技術是一種免信標的視覺測量技術。本發(fā)明中提出的免信標是指無需事先在運動目標上 安裝任何信號物，也無需事先在運動目標上選取特定的標志點。因此，利用本發(fā)明可在不設置任何信標的 情況下，對運動目標進行視覺檢測。
技術方案具體表述如下本發(fā)明將幀圖像分為兩個圖像區(qū)域，利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一進 行運動目標粗檢測。利用目標運動的時間相關性，當運動目標完全進入圖像區(qū)域二時，在圖像區(qū)域二這個 局部區(qū)域內進行相鄰近幀間差分運算，分割出運動目標。具體采取的步驟如下
1. 首先獲得一幅只含有固定背景的圖像f/(X，力；
2. 從序列圖像中獲取當前幀圖像i^Oc,;;);
3. 將〃(x,力和&(jc,力分別按列分成兩個圖像區(qū)域t^O,力、"20,力、《(x,力、F/(x,力
4. C/10,力與《(jc，力差分得到圖像A1 (X,力
A、:c,力—《(x,力-C/1
5. 利用判別準則參數(shù)^對A、;c,y)進行進一步計算
、"lo微 J
6. 計算圖像G乂JC，力的均值和標準差，均值和標準差的計算公式如下
〃=—ZZ/"力
"[丄￡￡(/""))2])
其中m、"分別為圖像的行數(shù)和列數(shù)，/(Jc,力為0,力點處的灰度值。
7. 對均值和標準差加權運算并求出評價指標Q，計算公式如下所示
Q = &〃 +
鎖存另外一幀圖像MJ;c,力，把MJjc,力也分成兩個圖像區(qū)域M2(;c,力、M^(;c,力。 8 用MA2 (jc,力與Ft2 (jc,力差分得到圖像G2 (jc,力
C 2(xv)J1 《"力|>尸4
lo 微 J
本發(fā)明把背景圖像差分法和幀間圖像差分法結合起來進行運動目標識別，有效地克服了二者的缺點， 自適應能力、速度快，經實驗證明抗噪聲性能較好，能較好地從視頻圖像中檢測出運動目標。
本發(fā)明有以下一些技術特征
(1)背景圖像以及當前幀圖像要分別按列分成兩個圖像區(qū)域；(2) 差分得到的圖像要利用判別準則參數(shù)，進一步計算圖像的均值和標準差；
(3) 通過均值和標準差加權運算求出評價指標；
(4) 引入判別準則參數(shù)以確定運動目標的出現(xiàn)；
(5) 延遲時間的選取要保證運動目標能夠完全進入圖像區(qū)域中。


圖1:檢測算法流程圖
圖2:高速運動機構中的物體
圖3: 7;時刻采集圖像及識別結果
圖4: 7^時刻采集圖像及識別結果
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。將本發(fā)明應用于檢測并識別高速運動機構中的 一個物體，如圖2所示。當目標運動時，實時采集圖像，并通過此方法識別運動目標。
第一步，當運動機構靜止時，采集物體的背景圖像f/(JC,少)。
f/(JC，力需要定時更新。設定一個定時器，當時間到并且沒有發(fā)現(xiàn)運動目標時，就用當前幀圖像更新
背景圖像f/0c，力。
第二步，運動機構開始高速運動，機構上的物體跟隨運動。根據采樣參數(shù)采集當前幀圖像i^Oc，y),
并存入暫存器中。
第三步，將取得的圖像f/(;c,力和i^(x,力分別按列分成兩個圖像區(qū)域Wo,力、"2"力、
第四步，根據背景圖像選取閾值77f,及7W油，將圖像f/、;c,力與F/(x,力二值化，二值化之后的 圖像采用3x3的模板濾波去噪聲，然后兩幅圖像逐個像素做差分運算得出差分圖像A乂;c，jO :
A'(x,力—巧(x,力-W"力l 第五步，利用判別準則參數(shù)^對A10，^0進行進一步計算<formula>formula see original document page 6</formula>
判別準則參數(shù)A的選取依據采樣率、圖像分辨率等參數(shù)而定。 一般地，在一次視覺測量中，檢測系統(tǒng) 的采樣率、圖像分辨率等參數(shù)是固定不變的。
第六步，計算圖像G、:c,:v)的均值和標準差，均值和標準差的計算公式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中m、"分別為圖像的行數(shù)和列數(shù)，/(x，力為0，力點處的灰度值。
第七步，對均值和標準差加權運算并求出評價指標Q，計算公式如下所示
當Q大于^時，確定有運動目標出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)運動目標出現(xiàn)，延遲一段時間r后，鎖存另外一幀圖像
MJx，力，把MJ;c，力也分成兩個圖像區(qū)域Ml(x，力、Mf(x，力。r的選擇要保證運動目標在r s后 完全進入M^(x,;;)圖像區(qū)域中。
第八步，用A/fc2 (x,力與"(jc,力差分得到圖像G2 (;c,力，G2 0,力表征了圖像中運動目標的變化， 對G2 0c,力進一步處理可以得到運動目標的位置和輪廓。
<formula>formula see original document page 6</formula>
本發(fā)明將背景圖像差分法和幀間圖像差分法有機結合，首先在圖像區(qū)域一中用背景圖像差分法對運動 目標進行粗檢，當目標出現(xiàn)并完全進入圖像區(qū)域二后，用相鄰近幀間圖像差分法分割出運動目標。圖像區(qū) 域的劃分根據運動目標的速度而定，要保證運動目標剛出現(xiàn)時不會進入圖像區(qū)域二。本方法中用到的固定
背景[/(;c,力需要定時更新。設定一個定時器，當時間到并且沒有發(fā)現(xiàn)運動目標時，就用當前幀圖像更新
權利要求
1 基于時空相關特征的運動目標免信標視覺測量技術，包括如下步驟首先將幀圖像分為兩個圖像區(qū)域，然后利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一進行運動目標粗檢測。再利用目標運動的時間相關性，當運動目標完全進入圖像區(qū)域二時，在圖像區(qū)域二這個局部區(qū)域內進行相鄰近幀間差分運算，分割出運動目標。
2.按權利要求1所述的方法，本發(fā)明中提出的免信標是指無需事先在運動目標上安裝任何信號物，也 無需事先在運動目標上選取特定的標志點。
3. 按權利要求l所述的方法，其特征在于獲得背景圖像t/0,;;)后，不斷地從序列圖像中獲取當前幀圖 像K(x，力，并將t/(x，力和FJjc,力分別按列分成兩個圖像區(qū)域。
4. 按權利要求1所述的方法，其特征在于利用背景圖像差分法，在圖像區(qū)域一對當前幀圖像與背景圖像進行運算，得到差分圖像其中i^(;c,力、C/乂x,力屬于圖像區(qū)域一范圍。
5. 按權利要求l所述的方法，其特征在于引入判別準則參數(shù)戶。以確定運動目標的出現(xiàn)。
6. 按權利要求4所述的方法，其特征在于利用尸。對差分圖像A1進行變換后得到評價指標Q 。
7. 按權利要求5所述的方法，其恃征在于計算圖像G、;c,;0的均值和標準差，其中
8.按權利要求5所述的方法，其特征在于對均值和標準差加權運算并求出評價指標Q，計算公式如下-
9.按權利要求i所述的方法，其特征在于確定運動目標出現(xiàn)并延遲一段時間r后，采集一幀圖像Mt (x,力，計算0,力與《(x,力的差分得到圖像G2 (x,力。
10按權利要求8所述的方法，其特征在于差分圖像G、x，;0的計算公式如下<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明為基于時空相關特征的運動目標免信標視覺測量技術，屬于視覺測量技術領域。本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足和缺陷，提出一種基于視覺圖像的運動目標識別與檢測技術。該技術是一種免信標的視覺測量技術，即無需事先在目標運動體上設置信號標志物。技術實現(xiàn)時同時考慮了運動像素的時間和空間相關性，將背景圖像差分法和幀間圖像差分法結合起來進行運動目標識別，有效地克服了二者的缺點，自適應能力強、速度快，經實驗證明抗噪聲效果好，能較好地從視頻圖像中檢測出運動目標。
文檔編號G06T7/20GK101447083SQ20081024658
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權日2008年12月29日
發(fā)明者娜 倪, 鏑 曹, 賈英民 申請人:北京航空航天大學;賈英民;曹 鏑