图像预处理技术在步态识别中的应用研究

1、总第235期2009年第5期计算机与数字工程Computer&Digital EngineeringVol.37No.5150图像预处理技术在步态识别中的应用研究3高大利(泉州师范学院理工学院泉州362000摘要步态识别是生物特征识别领域一个新的研究方向,旨在根据人们走路的姿势进行身份识别。对步态识别的运动检测进行了论述,同时在中国科学院自动化研究所提供的CASIA步态数据库上进行了步态身份识别实验。关键词步态识别运动检测背景减除中图分类号TP391.41Gait Recognition Based on I mage Pre2p rocessi ng Met hodGao Dali(

2、School of Scie nce,Qua nzhou N or mal U niversity,Quanzhou362000Abs t rac tAs a new direction in biomet ric,gait recognition aims t o recognize individuals by t he way or walking.M o2 tion detection involved in a gait recognition system are reviewed in detail.At t he sa me time,t he experiments are

3、taken on gait database of CASIA p rovided by institute of aut omation,Chinese acade my of scie nces.Ke y w ordsgait recognition,motion detection,background subt ractionClass Nu m berTP391.411引言步态识别是根据人们走路的姿势进行身份识别;与基于静态特征的其他生物认证技术相比,步态识别的优势在于非接触性、非侵犯性、易于感知、难于隐藏、难于伪装1。步态识别作为生物特征识别领域的一个新的研究方向,已经引起了广大科

4、研工作者的浓厚研究兴趣。美国国防高级研究项目署DARPA在2000年资助的H ID(远距离身份识别计划,就是开发多模式、大范围的视觉监控技术以实现远距离情况下人的检测、分类和识别。国际上许多研究机构和大学在H ID计划的驱动下于2000年开始了步态识别研究。步态识别主要是针对含有人的运动图像序列进行分析处理,通常包括目标分割、特征提取、特征处理和识别分类四个阶段。需要指出的是,步态本身和相对于其他生物识别技术也有很多不利因素,主要表现在易受情绪、穿戴物、走路角度的影响。2运动检测技术运动检测的目的是从序列图像中将变化区域从背景图像中提取出来。当前用于检测的方法有光流法、统计法、时间差分法、背景

5、减除法等。1光流法是一种以灰度梯度基本不变或亮度恒定的约束假设为基础的运动目标探测的有效方法。它利用运动目标随着时间变化的特性,通过计算帧间像素的位移来提取人的运动。它反映了序列图像中的速度场,光流法善于在运动场景中捕捉运动对象的运动特性,但是大多数光流法的计算较复杂并且抗噪性比较差。2统计法则是基于像素的统计特性而从背景中提取运动信息。它首先计算背景像素的统计信息(颜色、灰度、边界等,再将现有像素与之比较,然后归类。但这种方法涉及大量计算和变换。3收稿日期:2009年2月25日,修回日期:2009年3月23日基金项目:泉州师范学院校级课题(编号:校2006M14资助。作者简介:高大利,女,硕

6、士,讲师,研究方向:模式识别及人工智能。第37卷(2009第5期计算机与数字工程1513时间差分法是在连续图像序列中的两个或三个相邻帧间采用基于像素的时间差分并且阈值化来提取出图像中的运动区域。此方法对于动态环境具有较强的自适应性,但一般不能完全提取出所有相关的特征像素点,在运动物体内部容易产生空洞现象。4背景减除法是最常用的方法,它是利用当前帧图像与背景图像的差分运算进行运动检测的一种方法。大部分的研究人员目前都致力于开发不同的背景模型,以期减少动态场景变化对于运动分割的影响。该方法通常用于简单的均匀或静止背景中。特点是简单,但对动态场景的变化(如光照等敏感。3实验仿真3.1背景提取实验所用

7、的数据库是由中科院自动化所提供的CASIA 步态数据库。现采用取中间值的方法23从图像序列中恢复背景图像。具体方法如下:假设取一段步态序列中的1,2,n 帧图像,这n 帧图像同一位置点的灰度组成一个数组。P (x ,y =P (x ,y 1,P (x ,y 2,P(x ,y n (1 其中n 为帧数。那么,取这n 帧图像的像素的中间值作为背景图像的像素值。即:B (x ,y =Medi an (P (x ,y (2其中B (x ,y 为背景图像的像素值。图1为原始图像序列中的一幅,图2为提取背景结果。 3.2背景减除及二值化背景减除方法46是目前运动分割中最常用的一种方法,它是利用当前图像与背

8、景图像的差分来检测出运动区域的一种技术。背景减除一般能够提供最完全的特征数据,但对于动态场景的变化,如光照和外来无关事件的干扰等特别敏感。大部分的研究人员目前都致力于开发不同的背景模型,以期减少动态场景变化对于运动分割的影响。本论文具体实现时的方法如下:1背景减除假定A (x ,y 和B (x ,y 分别是当前图像和背景图像在坐标(x ,y 点上的像素值。那么C (x ,y =|A (x ,y -B (x ,y |(3C (x ,y 作为差分后图像在该点的像素值。2二值化本文采用迭代的方法获得图像的阈值78。迭代法是基于逼近的思想,设图像中灰度值为i (i =0,255的像素点个数为P i ,

9、那么迭代公式可表示为:n =i <n-1Pi×ii <n-1P i+i >n-1Pi×ii >n-1Pi/2(4迭代法获得图像阈值的算法步骤如下:(1求出图像的最大灰度值和最小灰度值,分别记为Z MAX 和Z MIN ,令初始阈值T 0=(Z MAX +Z MIN /2;(2根据阈值T K 将图像分割为前景和背景,分别求出两者的平均灰度值ZO 和ZB ;(3求出新阈值T K +1=(ZO +ZB /2;(4若T K =T K +1,则所得即为阈值;否则转2,迭代计算。做完背景减除后的图像序列存储在矩阵s ub 中,s ub (i 为步态序列中的第i

10、帧,在此基础上,我们再运用此算法可自动获取二值化时的阈值,阈值为T 0。3结果用上述方法做完背景减除及二值化的差值图像如图3所示。3.3后处理1嗓声处理做完背景减除及二值化后,图像中还含有影响人体检测的噪声和小孔。因此,我们使用形态学算子进一步滤除噪声和填充小的空洞。小孔的弥补采用形态学运算中的闭运算,闭运算可以填平小孔,弥合小裂缝,而总的位置和形状不变9。经过152高大利:图像预处理技术在步态识别中的应用研究第37卷噪声处理后的图像如图4所示。2人体区域检测 图5归一化后的图像经过噪声处理后的图像中,前景只包含人体,根据像素值可以找出前景中包含人体的最小矩形区域。3归一化处理为了消除图像尺度

11、、信号长度对于训练和识别过程的影响,把经过区域检测后的图像进行归一化,使图像的大小统一。归一化后的图像如图5所示。归一化后图像的大小为140×80个(像素。4结语本文对步态识别中的运动检测进行了论述,并通过实验验证了其中的一些方法。虽然背景减除的方法对于一般的步态提取有效;但是,当运动目标运动方向与摄像机的朝向重合时,现有的背景估计方法就将失效,背景减除法也就不再可靠了。另外,阈值化分割完全取决于前景与背景的差异,当运动目标与背景建模中的同一区域取值相近时,这样的点就可能检测不到。所以,对于运动目标的分割,仍有许多工作要做。参考文献1Nixon M S ,Carter J N ,Na

12、sh J M ,et al.Automatic G ait RecognitionC .Proceedings of the IEEE Colloquium on Motion Analysis and Tracking ,London ,England ,1999:162Mark Ruane Dawson.Gait recognition EB/OL .http :/www.doc.ic.ac.uk/mrd98/gait3晓雯等.基于步态的人体身份检测与识别J .计算机工程与应用,2004,40(5:82834J ang 2Hee Y oo ,Mark S Nixon ,Chris J Ha

13、rris.Ex 2traction and descrip 2tion of moving human body by periodic motion analysis EB/OL .http :/www.bib.ecs.sotion.ac.uk/data/7422/p s/CA TA 2022R29.p s5J ang 2Hee Y oo ,Mark S Nixon ,Chris J Harris.Ex 2traction human gait signature by body segment properties EB/OL .http :/www.bmva.ac.uk/meetings

14、/meetings/02/6March02/soton2.pdf6王亮,胡卫明,谭铁牛.人运动的视觉分析综述J .计算机学报,2002,25(37朱志刚等译.数字图像处理M .北京:电子工业出版社,19988章毓晋著.图像分割M .北京:科学出版社,20019Amit Kale.Algorithms for gait 2based human identi 2fication f rom a monocular video sequenceD .Doctor of Phi 2losophy ,2003(上接第120页至此,网络消息的验证结束,经消息验证后,可保证的消息的完整性与正确性,可进行相

15、应的消息处理。4结语介绍了非阻塞IO 多路复用技术和采用RC6、MD5算法结合的消息传输机制,在网络门禁控制器软件实现中应用,提高了门禁控制器的效率,保证网络消息保密性、完整性与正确性,方便了用户的使用。select 、poll 以及epoll 系统调用用来实现非阻塞I/O 应用程序的几种机制,本质上有相同的功能,在控制器软件中采用select 机制实现读卡,避免了CPU 循环测试设备资源的浪费。RC6是从RC5中由来的一个对称密钥块密码,被广泛应用于信息加密解密上。MD5是一种单项散列算法,产生了这个唯一的信息摘要确保信息的完整性与正确性。在网络门禁控制系统中采用RC6加密解密保证消息网络传输的保密性与MD5消息鉴别码保证消息的完整性和正确性相结合设计并实现了一种安全的通信机制,提高了网络门禁控制系统的通信安全性。参考文献1陈西文.I/O 接口程序设计入门与应用M .北京:机械工业出版社,1996