一种多帧间差分和背景减除的监控系统背景更新方法

一种多帧间差分和背景减除的监控系统背景更新方法

0化时自适应的更新背景视频监控技术是近年来机械设计领域研究的热点和难点。例如，如何提取源，以适应环境的变化，更新环境的背景是检测和跟踪后续运动物体的先决条件。目前人们已提出了多种背景更新算法,HeZhiwei本文在分析几种典型背景自适应提取算法的基础上,针对室内监控特点提出一种简单可行的自适应背景更新方法,并在DM6437上实现,论文给出了实验结果并对结果进行了分析。1更新背景的算法描述1.1从监控区域开始,对环境进行提取背景更新算法的第一步是建立初始背景,即去除了检测区内运动物体的静止部分。实际中监控区域常常包含运动目标,这会造成相关背景被运动目标遮挡,由此初始背景需要一定的背景提取方法来还原。考虑到本文采用嵌入式系统的特点,我们采用Surendra1.2背景备份帧的更新在室内监控过程中,当背景发生变化时就需要进行背景更新,背景变化包括两种情况:一是光照变化;二是运动物体进出监控区域所引起的背景变化。本文主要针对第二种情况进行研究,这时背景更新与目标检测紧密联系。现有的运动目标检测的主要方法有帧间差分法本方法主要使用四帧图像,分别是背景建立中得到的初始背景B、新背景帧的备份帧B第二步:在第一步检测到的新物体区域再用相邻帧差来判断是否要快速更新背景,也即如果相邻帧差大于阈值,说明新物体连续运动,不进行更新;如果相邻帧差小于阈值,说明场景中新物体已静止,这时需要进行背景备份帧更新。即:第三步:在D第四步:当计数器Count小于阈值Thre时,返回第一步,处理下一帧。直至达到阈值Thre时循环结束,将备份帧替换原始背景帧,并将对应计数器Count置为零,完成背景更新。由于存在一些新进入背景的物体静止一段时间后又离开,其对应像素的计数器值Count停止加N,却未达到阈值Thre。为避免这些不为零的计数器值对下次背景更新计数产生干扰,系统在每次循环中将各个像素对应的计数器值(最小为0)减1,把备份帧更新中止,未达到阈值的计数器值逐步清零。2结果与分析2.1dm643视频处理模块为了验证算法的有效性,在DSP系统上进行了编程试验。采用的DSP系统主要硬件结构如下图所示:该系统以DM6437为核心,包括摄像头、TVP5146视频解码器、DDR存储器和LCD显示屏。DM6437有专门的视频处理子系统,分为前端和后端两部分,视频前端用于外接输入数字视频数据,为多种标准的数字视频输入提供接口,并为输入的数字视频数据作必要的预处理;视频后端用于输出数字视频数据,驱动显示视频图像。另外TI提供了一个实时操作系统内核DSP/BIOS,其使用“类/微型驱动模型”结构来开发设备驱动2.2离子束上y4本系统以实验室为检测区进行了实验,输入图像格式为YUV4:2:2,分辨率为720*480。为了减少计算量,抽取其中的亮度信号Y进行处理,同时去除色差信号,故LCD显示为灰度图像。2.2.1私家车更新”后的静态环境图2是静态背景的自适应建立过程。在该过程中,起初杯子放置在桌子上,如图2(a)所示;在静态背景的建立过程中,杯子移走后就会被逐渐更新掉,不再作为背景,如图2(b)所示,即显示杯子逐渐淡化、被更新掉的过程。背景提取完成后就可以获得清晰的静态背景图像。在后续检测时,为便于目标的识别,我们将静态背景设置为黑色。2.2.2连续两帧均值替代背景备份帧图3(a)-(d)显示的是杯子进入监控区域静止一段时间之后,被作为新背景进行背景更新的过程。实验中的静态背景如图2(b)所示,在监控过程中当杯子被放置进检测区后,通过背景差除法即可检测出来,图3(a)为检测出的初始目标图像。然后由帧差法检测到杯子静止,这时背景备份开始更新,采用连续两帧均值直接代替背景备份帧的方法,可以使备份帧各个像素点在较短时间内完成更新,避免了通常更新方法中更新时间较长、更新区域逐步“变黑”的过程。图3(b)是开始更新后输出的目标差分图像,图3(c)则是更新结束瞬时输出的背景更新图像,从图3(c)可以看出更新完成瞬时杯子的边缘部分仍然存在亮点,其原因是物体边缘反射光线不稳定,从而影响了部分像素点的备份帧数据。图3(d为边缘亮点消除后获得的背景。算法中阈值大小对背景更新有很大影响,如果背景差除法的阈值T1过小,则原始背景里物体边缘处光线变化较大,会被误认为有运动物体,LCD上显示为亮点;而阈值太大则会漏检运动不明显的物体,试验采用经验值24。同样在帧差法中的阈值T2过小时,进入监控区域并静止下来的目标边缘处光线变化较快,会误认为目标在持续运动,不更新或者时断时续更新,这会导致更新完成后其边缘处还会有细小的干扰亮点;如果阈值过大则容易受噪声影响。试验采用经验值8,可以得到满意的效果。3备份帧、计数和计数阈值本文采用的自适应更新算法将背景减除法和帧差法结合起来,通过检测运动区和非运动区来实现背景更新。算法中引入了备份帧、计数器和计数阈值,计数器