火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像識(shí)別的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高鐵站臺(tái)監(jiān)控的過程中，需要在圖像上對(duì)火車到達(dá)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別判斷，因?yàn)樵诨?車停站上車時(shí)，高鐵站臺(tái)的監(jiān)控區(qū)域是允許進(jìn)入的，而在其他時(shí)刻監(jiān)控區(qū)域則不允許進(jìn)入， 所W，火車是否到達(dá)W及火車運(yùn)行狀態(tài)的判斷成為了對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行識(shí)別的基礎(chǔ)，因而需 要對(duì)火車到達(dá)、停站和離開的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法。
[0004] 本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是： 陽〇化]本發(fā)明的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，包括W下步驟：
[0006] A、載入站臺(tái)的紅外圖像；
[0007] B、在站臺(tái)內(nèi)軌道區(qū)域標(biāo)記火車運(yùn)動(dòng)識(shí)別區(qū)域，在視頻圖像上標(biāo)定設(shè)置火車到站圖 像軌道區(qū)域，并存儲(chǔ)相應(yīng)的參數(shù)，生成識(shí)別圖像模板；
[0008] C、建立圖像緩沖，圖像預(yù)處理；
[0009] D、對(duì)火車到站圖像軌道區(qū)域進(jìn)行背景建模，采用高斯混合模型背景建模算法實(shí)時(shí) 分析軌道區(qū)域，進(jìn)行前景圖像提取，通過前景變化判斷是否有火車進(jìn)站；計(jì)算火車到站圖像 軌道區(qū)域的像素平均亮度值；
[0010] E、對(duì)緩沖的每一帖圖像提取圖像中的角點(diǎn)作為運(yùn)帖圖像的關(guān)鍵點(diǎn)，使用金字塔 Lucas-Kanade光流方法計(jì)算前后兩帖圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流；計(jì)算前后兩帖圖像角點(diǎn)光 流的變化均值；
[0011] F、確定軌道區(qū)域的亮度是否大于闊值，且判斷光流變化均值的變化情況；
[0012] G、輸出火車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0013] 本發(fā)明還可W采用W下技術(shù)措施： 陽014] 所述的軌道區(qū)域參數(shù)標(biāo)定公式為：1 (X，y) =α*1' (X，y)+δ，I(X，y)是圖像中 坐標(biāo)，1' (x，y)是實(shí)際站臺(tái)坐標(biāo)，α是變換系數(shù)，δ是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。；假設(shè)軌道區(qū)域的實(shí)際空 間坐標(biāo)在坐標(biāo)系Ζ' =0的平面上，軌道區(qū)域由一組標(biāo)記點(diǎn)連接組成，記為1'i(Xi，yi)，同 時(shí)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系Z中找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)Ii(Xi，yi)，并記錄坐標(biāo)值，經(jīng)過坐標(biāo)變換計(jì)算 出坐標(biāo)變換系數(shù)α。
[0015] 所述的高斯背景建模包括W下步驟：
[0016] a、每個(gè)新像素值Xt同當(dāng)前Κ個(gè)模型按下式進(jìn)行比較，直到找到匹配新像素值的分 布模型，即同該模型的均值偏差在2.50內(nèi) 陽017] |Χ,-μι,"|《2.5。1,"
[0018] b、如果所匹配的模式符合背景要求，則該像素屬于背景，否則屬于前景；
[0019] c、各模式權(quán)值按如下公式更新，其中α是學(xué)習(xí)速率，對(duì)于匹配的模式Mk,t= 1，否 則Mk,t= 0,然后各模式的權(quán)重進(jìn)行歸一化； 陽020] Wk, t= (1-曰）柳k, t 1+曰*Mk, t
[0021] t未匹配模式的均值μ與標(biāo)準(zhǔn)差σ不變，匹配模式的參數(shù)按照如下公式更新： 陽似]Ρ=α*η狂Jyk，σk) 陽OU] μt= (1-p)*μti+P巧t
[0024]
[00巧]e、如果第a步中沒有任何模式匹配，則權(quán)重最小的模式被替換，即該模式的均值 為當(dāng)前像素，標(biāo)準(zhǔn)差為初始化較大值，權(quán)重為較小值；
[0026] f、各模式根據(jù)W/。泌降序排列，權(quán)重大，標(biāo)準(zhǔn)差小的模式排列靠前；
[0027] g、選前B個(gè)模式作為背景，B滿足下式，參數(shù)T表示背景所占比例，
[0028]
[0029] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0030] 本發(fā)明的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，通過高斯背景建模進(jìn)行前景提取，通過前景 變化判斷是否有火車進(jìn)入到軌道區(qū)域，然后通過判斷紅外圖像中軌道區(qū)域的亮度變化判斷 火車是否進(jìn)站，通過Lucas-Kanade光流方法計(jì)算前后兩帖圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流變換均 值得到火車的停止或運(yùn)行狀態(tài)。采用多種方法復(fù)合判斷火車是否進(jìn)站，從而使判斷結(jié)果更 加準(zhǔn)確，不易受外部環(huán)境變換的影響。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，包括W下步驟：
[0033] A、載入站臺(tái)的紅外圖像；
[0034] B、在站臺(tái)內(nèi)軌道區(qū)域標(biāo)記火車運(yùn)動(dòng)識(shí)別區(qū)域，在視頻圖像上標(biāo)定設(shè)置火車到站圖 像軌道區(qū)域，并存儲(chǔ)相應(yīng)的參數(shù)，生成識(shí)別圖像模板；
[0035] C、建立圖像緩沖，圖像預(yù)處理；
[0036] D、對(duì)火車到站圖像軌道區(qū)域進(jìn)行背景建模，采用高斯混合模型背景建模算法實(shí)時(shí) 分析軌道區(qū)域，進(jìn)行前景圖像提取，通過前景變化判斷是否有火車進(jìn)站；計(jì)算火車到站圖像 軌道區(qū)域的像素平均亮度值；
[0037] E、對(duì)緩沖的每一帖圖像提取圖像中的角點(diǎn)作為運(yùn)帖圖像的關(guān)鍵點(diǎn)，使用金字塔 Lucas-Kanade光流方法計(jì)算前后兩帖圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流；計(jì)算前后兩帖圖像角點(diǎn)光 流的變化均值；
[0038] F、確定軌道區(qū)域的亮度是否大于闊值，且判斷光流變化均值的變化情況；
[0039] G、輸出火車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0040] 由于火車進(jìn)入軌道時(shí)，圖像前景會(huì)有明顯變化，所W在設(shè)置背景建模學(xué)習(xí)參數(shù)時(shí)， 可w適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)對(duì)提取的前景圖像進(jìn)行判斷，因?yàn)榛疖囀菆D像中比較大的運(yùn)動(dòng)物體，所W很容易從前景中判斷軌道區(qū)域是否有火車進(jìn)入。同時(shí)，在紅外圖像中，一般火車的溫度要 高于軌道區(qū)域的溫度，當(dāng)火車進(jìn)站時(shí)，紅外圖像中軌道區(qū)域的亮度會(huì)明顯提高，因此對(duì)軌道 區(qū)域平均亮度值的計(jì)算也有助于判斷火車是否進(jìn)站。當(dāng)軌道區(qū)域的亮度大于闊值時(shí)，可得 出有火車進(jìn)入站臺(tái)區(qū)域。
[0041] 當(dāng)發(fā)現(xiàn)軌道區(qū)域上有火車進(jìn)入時(shí)，開始對(duì)火車的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)變化進(jìn)行判斷。 建立連續(xù)的火車運(yùn)動(dòng)圖像緩沖，對(duì)緩沖的每一帖圖像提取圖像中的角點(diǎn)作為運(yùn)帖圖像的關(guān) 鍵點(diǎn)，然后，使用金字塔Lucas-Kanade光流方法計(jì)算前后兩帖圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流。最 后，計(jì)算前后多帖圖像軌道區(qū)域中火車光流的變化平均值。當(dāng)前后兩帖光流變化的均值極 小的時(shí)候，可W認(rèn)定火車現(xiàn)在處于停止?fàn)顟B(tài)，而光流變化均值較大時(shí)則說明火車處于運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)。
[0042] 圖像中角點(diǎn)提取的具體步驟和方法W及金字塔Lucas-Kanade光流算法都為現(xiàn)有 技術(shù)中的公知技術(shù)，在本實(shí)施例中就不再進(jìn)行寶述。
[0043] 本發(fā)明中軌道區(qū)域參數(shù)標(biāo)定公式為：1 (X，y) =α*1' (X，y)+δ， W44]I(X，y)是圖像中坐標(biāo)，1' (X，y)是實(shí)際站臺(tái)坐標(biāo)，α是變換系數(shù)，δ是經(jīng)驗(yàn)參 數(shù)。
[0045] 假設(shè)軌道區(qū)域的實(shí)際空間坐標(biāo)在坐標(biāo)系Ζ' = 0的平面上，軌道區(qū)域由一組標(biāo)記 點(diǎn)連接組成，記為1'i(Xi，yi)，同時(shí)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系Ζ中找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)，并 記錄坐標(biāo)值，經(jīng)過坐標(biāo)變換計(jì)算出坐標(biāo)變換系數(shù)α。
[0046] 高斯背景建模包括W下步驟：
[0047]a、每個(gè)新像素值Xt同當(dāng)前Κ個(gè)模型按下式進(jìn)行比較，直到找到匹配新像素值的分 布模型，即同該模型的均值偏差在2.50內(nèi)
[004引 |Χ,-μ*,*ιΙ《2.501,"
[0049] b、如果所匹配的模式符合背景要求，則該像素屬于背景，否則屬于前景；
[0050] C、各模式權(quán)值按如下公式更新，其中α是學(xué)習(xí)速率，對(duì)于匹配的模式Mk,t= 1，否 則Mk,t= 0,然后各模式的權(quán)重進(jìn)行歸一化；
[0051]
[0052] t未匹配模式的均值μ與標(biāo)準(zhǔn)差σ不變，匹配模式的參數(shù)按照如下公式更新：
[0053] Ρ = α * η狂J yk，Ρ k)
[0054] μt= (1-p)*μti+P巧t 陽化引
[0056]e、如果第a步中沒有任何模式匹配，則權(quán)重最小的模式被替換，即該模式的均值 為當(dāng)前像素，標(biāo)準(zhǔn)差為初始化較大值，權(quán)重為較小值；
[0057]f、各模式根據(jù)^,,2按降序排列，權(quán)重大，標(biāo)準(zhǔn)差小的模式排列靠前；
[0058] g、選前B個(gè)模式作為背景，B滿足下式，參數(shù)T表示背景所占比例；
[0059]
[0060] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已w較佳實(shí)施例公開如上，然而，并非用w限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)然會(huì)利用掲示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾，成 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì) 對(duì)W上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 載入站臺(tái)的紅外圖像； B、 在站臺(tái)內(nèi)軌道區(qū)域標(biāo)記火車運(yùn)動(dòng)識(shí)別區(qū)域，在視頻圖像上標(biāo)定設(shè)置火車到站圖像軌 道區(qū)域，并存儲(chǔ)相應(yīng)的參數(shù)，生成識(shí)別圖像模板； C、 建立圖像緩沖，圖像預(yù)處理； D、 對(duì)火車到站圖像軌道區(qū)域進(jìn)行背景建模，采用高斯混合模型背景建模算法實(shí)時(shí)分析 軌道區(qū)域，進(jìn)行前景圖像提取，通過前景變化判斷是否有火車進(jìn)站；計(jì)算火車到站圖像軌道 區(qū)域的像素平均亮度值； E、 對(duì)緩沖的每一幀圖像提取圖像中的角點(diǎn)作為這幀圖像的關(guān)鍵點(diǎn)，使用金字塔 Lucas-Kanade光流方法計(jì)算前后兩幀圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流；計(jì)算前后兩幀圖像角點(diǎn)光 流的變化均值； F、 確定軌道區(qū)域的亮度是否大于闕值，且判斷光流變化均值的變化情況； G、 輸出火車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，其特征在于：上述軌道區(qū)域的參 數(shù)標(biāo)定公式為：此公式中I (X，y)是圖像中坐標(biāo)，"（X，y)是實(shí)際站臺(tái)坐標(biāo)，α是變換系數(shù)，δ是經(jīng) 驗(yàn)參數(shù)；假設(shè)軌道區(qū)域的實(shí)際空間坐標(biāo)在坐標(biāo)系Ζ' = 0的平面上，軌道區(qū)域由一組標(biāo)記點(diǎn) 連接組成，記為I' i (Xi，yi)，同時(shí)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系Ζ中找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)I; (X;，y;)，并記 錄坐標(biāo)值，經(jīng)過坐標(biāo)變換計(jì)算出坐標(biāo)變換系數(shù)α。3. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，其特征在于高斯背景建模算法包 括以下步驟： a、 每個(gè)新像素值Xt同當(dāng)前Κ個(gè)模型按下式進(jìn)行比較，直到找到匹配新像素值的分布模 型，即同該模型的均值偏差在2. 5〇內(nèi)b、 如果所匹配的模式符合背景要求，則該像素屬于背景，否則屬于前景； c、 各模式權(quán)值按如下公式更新，公式中α是學(xué)習(xí)速率，對(duì)于匹配的模式Mk,t=l，否則 Mk,t= 〇,然后各模式的權(quán)重進(jìn)行歸一化；d、 未匹配模式的均值μ與標(biāo)準(zhǔn)差σ不變，匹配模式的參數(shù)按照如下公式更新：e、 如果第a步中沒有任何模式匹配，則權(quán)重最小的模式被替換，即該模式的均值為當(dāng) 前像素，標(biāo)準(zhǔn)差為初始化較大值，權(quán)重為較小值； f、 各模式根據(jù)《/α 2按降序排列，權(quán)重大，標(biāo)準(zhǔn)差小的模式排列靠前； g、 選前Β個(gè)模式作為背景，Β滿足下式，參數(shù)Τ表示背景所占比例，
【專利摘要】一種火車到站狀態(tài)的識(shí)別方法，在視頻圖像上標(biāo)定設(shè)置火車到站圖像軌道區(qū)域，通過高斯背景建模進(jìn)行前景提取，通過前景變化判斷是否有火車進(jìn)入到軌道區(qū)域，然后通過判斷紅外圖像中軌道區(qū)域的亮度變化判斷火車是否進(jìn)站，通過Lucas-Kanade？光流方法計(jì)算前后兩幀圖像中每個(gè)角點(diǎn)的光流變換均值得到火車的停止或運(yùn)行狀態(tài)。采用多種方法復(fù)合判斷火車是否進(jìn)站，從而使判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確，不易受外部環(huán)境變換的影響。
【IPC分類】G06T7/20
【公開號(hào)】CN105279767
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410826560
【發(fā)明人】俞大海, 韓軍偉, 韓建楓, 單玉堂, 岳明
【申請(qǐng)人】天津光電高斯通信工程技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日