CN100361155C - 运动图像检测方法和电路 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种运动图像检测方法和电路。该方法包括下列步骤：以具有一定检测精度的检测窗口从一组连续图像中截取两帧静态图像；比较该两帧图像，确定图像的变化行数；根据图像的变化行数，判断图像是运动图像还是静止图像；若图像为静止图像，计算有变化象素行在图像中的分布；若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口，使其与该区域相对应，同时提高检测窗口的检测精度。对于远近不同的运动物体，本发明方法能够自动调整检测窗口的大小，充分利用硬件资源提高计算精度，反应速度快，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及运动检测方法和电路，特别涉及一种对运动图像进行检测的方法和电路，通过前后帧静态图像的对比来判断是否有运动发生。
背景技术
本申请人于2002年12月9日提交的已于2004年6月23日公开的名称为“运动图像检测方法”的中国专利申请02153944.8公开了一种运动图像检测方法，该方法包括如下步骤：从一组连续图像中截取两帧静态图像，并计算出各帧图像每个像素的亮度值，然后根据两帧图像的亮度值的差，判断是否图像有变化，即该组图像为运动图像还是静止图像。
然而，该专利申请不能自动调整检测窗口参数以适应对于远近不同的运动物体。
另外，用于检测的窗口设置应该可以随被检测的物体大小改变，这样对于同样大小的硬件存储器，我们可以用更高的精度来检测运动图像的变化。对于不能变焦的监视系统来说，运动物体在检测窗口中有近大远小的现象。尤其对于监视面积较大的场合，广角镜头使得距离稍远的运动物体在检测窗口中的对应像素个数很少。如果能根据检测的运动物体的区域缩小检测窗口，同时提高检测精度，如变隔行计算为逐行计算，行计算结果不再舍去低位精度...，可以使原来被忽略的运动物体被检测到，更有效适应现实多变的应用环境。
发明内容
本发明的目的在于提供能够克服上述问题的运动检测方法和电路。
根据本发明的第一方面，提供一种运动图像检测方法，包括下列步骤：以具有一定检测精度的检测窗口从一组连续图像中截取两帧静态图像；比较该两帧图像，确定图像的变化行数；根据图像的变化行数，判断图像是运动图像还是静止图像；若图像为静止图像，计算有变化象素行在图像中的分布；若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口，使其与该区域相对应，同时提高检测窗口的检测精度。
在第一方面中，优选的是所述确定图像的变化行数的步骤包括将两幅图像的对应行的各像素亮度值总和相减，若所得差的绝对值大于第一阈值，则认定该对应行有变化。
优选的是，所述判断步骤包括：判断所述变化行数是否大于预先设定的第二阈值；如果判断结果为是，则判定该组图像为运动图像；如果判断结果为否，判定该组图像为静止图像。
优选的是，所述提高检测精度的步骤包括从隔行检测改变为逐行检测。
优选的是，所述与有变化象素行集中分布的区域是通过判断变化行在该区域的数量大于窗口的其它地方，且差值大于第三阈值来确定的。
优选的是，所述与有变化象素行集中分布的区域是分别对应于整个图像的上、中、下三个部位。
优选的是，还包括在检测窗口缩小且检测精度提高的情况下若未检测到运动图像，降低检测精度且恢复原检测窗口的步骤。
根据本发明的第二方面，提供一种运动图像检测电路，包括：行像素求和电路，以具有一定检测精度的检测窗口从一组连续图像中截取两帧静态图像，并对该两帧图像各行的像素亮度值求和；存储器，存储各图像行的求和结果；运动识别电路，接收来自存储器的求和结果，并且根据求和结果确定图像的变化行数，同时判断图像是运动图像还是静止图像；和窗口控制器，当判断图像为静止图像时计算有变化象素行在图像中的分布；若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口，使其与该区域相对应，同时提高检测窗口的检测精度。
在第二方面中，优选的是，所述行像素求和电路包括对像素行各像素亮度值求和的求和电路、控制求和结果写入存储器的存储器写入控制电路、和根据检测窗口进行图像行计数的行计数器；所述运动识别电路包括控制从存储器读出求和结果的存储器读出控制电路，将两帧图像的相同像素行的求和结果相减的图像行求差电路，根据图像行求差电路的差值确定像素行是否变化行并且对变化行计数的变化行计数器，和根据变化行数确定图像是否运动的第一阈值比较电路；所述窗口控制器包括若图像被判断为静止图像，计算变化行分布情况的变化行分布计算电路，根据变化行分布情况与阈值进行比较的第二阈值比较电路，和若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口同时提高检测窗口的检测精度的检测窗口产生电路。
本发明在原有技术的基础上，充分利用中间计算结果，对于远近不同的运动物体，自动调整检测窗口的大小，充分利用硬件资源提高计算精度，反应速度快，成本低。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行更详细的说明，其中：
图1是根据本发明的运动图像检测方法的流程图；
图2是比较数组的具体过程；
图3是根据本发明的运动图像检测电路的结构框图；
图4是图3所示行像素求和电路的一种结构图；
图5是图3所示运动识别电路的一种结构图；以及
图6是图3所示窗口控制器的一种结构图。
发明的具体实施方式
图1是根据本发明的运动图像检测方法的流程图。如图1所示，在步骤S101，启动摄像头，打开视频流。
在步骤S102，将整个图像分为三个逐行检测窗口，即上、中、下，和一个包含全部奇(或偶)数行的隔行检测窗口。设定初始检测窗口大小为整个图像，隔行检测。
在步骤S103，从一组连续图像中截取一帧静态图像。
在步骤S104，对于该帧静态图像，计算出奇(或偶)数行每个像素的亮度值，然后把每一奇(或偶)数行内各像素的亮度值进行累加，得到一个相应的数组一，即ulPrj1。
在步骤S105，截取第二帧图像。然后在步骤S106，按照与上述过程相同的方式，得到另一个相应的数组二，即ulPrj2。
在步骤S107，比较数组一(ulPrj1)和数组二(ulPrj2)。图2是比较数组的具体过程。如图2所示，比较的具体过程是：在步骤S201，将数组一和数组二中对应的行像素亮度累加值逐一相减，并取绝对值；然后在步骤S202，判断是否该绝对值大于预先设定的一个阈值T1。若判断结果为是，则说明该差值所对应行有所变化，进入步骤S203；若否，返回步骤S201，对其它行进行计算和判断。在步骤S203，对变化行数nSum累加一，然后返回步骤S201，对其它行进行计算和判断。这里，nSum表示全部被判断有变化的图像行的数量。
当用于数组比较的全部象素行均比较结束后，程序自步骤S107进入步骤S108。
在步骤S108，判断nSum是否大于预先设定的阈值T2。如果判断结果为是，则可判断该两帧图像有变化，即该组图像为运动图像，则进入步骤S121，认定该图像为运动图像。如果判断结果为否，即该数量小于或等于预先设定的阈值T2，则可判断该两帧图像没有变化，即该组图像为静止图像；程序进入步骤S109，判定图像为静止图像。
在步骤S109之后，程序进入步骤S110。
在步骤S110，计算有变化像素行在图像中的分布。然后，程序进入步骤S111。
在步骤S111，判断是否变化行在三个逐行检测窗口(上、中、下)之一的数量大于其他两个窗口，且差值大于阈值T3。若结果为是，表明有必要改变检测窗口，则程序进入步骤S112。若结果为否，即变化行分布均匀，则不做任何改变，程序返回步骤S103，截取下一帧。
在步骤S112，改变检测窗口为变化行集中的逐行检测窗口，改隔行检测为逐行检测。比方说，如果检测到变化行集中在中间的窗口，则将当前检测窗口改变为中间的逐行检测窗口。
在步骤S112和S121之后，程序均返回步骤S103，截取下一帧。
如果在逐行检测窗口(上、中、下)之一中未发现运动图像，改变相应的检测窗口为隔行检测窗口。
其中对不同帧图像的抽取可以是顺次连续的两帧相邻图像，也可以是有一定间隔帧的图像。
当然，如果需要，可以在一次判断后的一定时间以后(如：500ms)再次捕捉图像并进行一次判断。如果两次都判断图像为运动，则可以最后得出图像运动的结论。如果第一次判断图像运动，而第二次判断图像静止，则我们可以认为至少图像运动并不显著，或者就认为图像为静止。也就是说，可进行多次的综合判断。
图3是根据本发明的运动图像检测电路的结构框图。如图3所示，运动图像检测电路包括行像素求和电路310、存储器320、运动识别电路330、窗口控制器340和控制寄存器350。
行像素求和电路310对输入图像以输入的检测窗口抽取检测的帧，并对在检测窗口内的该帧图像各行的每一像素求和，在每一行结束时，将一行像素之和写入存储器320，同时将一行像素之和直接送入运动识别电路330。
运动识别电路330用于判断当前检测帧是否为运动图像。在当前检测帧的每一行结束时，将上一检测帧的相应行像素和读出，确认此行是否变化。如发现变化的行，变化行计数器将加一。在当前检测帧结束时，对变化的行数与阈值T2比较，输出检测结果。变化行的统计结果和最后与阈值T2的比较结果都会送入窗口控制器340。
窗口控制器340利用运动识别电路提供的计算结果，计算变化行分布，并和阈值T3比较，调节检测窗口。
控制寄存器350设置各个阈值和检测帧率。
图4是图3所示行像素求和电路310的一种结构图。在图4中，行像素求和电路包括求和电路410、存储器写入控制器420和行计数器430。
图5是图3所示运动识别电路330的一种结构图。在图5中，运动识别电路包括存储器读出控制电路510、求差电路520、变化行计数器530和第一阈值比较电路540。
图6是图3所示窗口控制器340的一种结构图。在图6中，运动识别电路包括检测窗口产生电路610、第二阈值比较电路620、和比较结果电路630。
具体地说，在行像素求和电路310中，行计数器420根据输入的检测窗口进行行计数。然后，行象素求和电路410在行计数器420的控制下从输入图像中抽取检测的帧，并对该帧图像各行的每一像素求和，在每一行结束时，将一行像素之和通过存储器控制电路420写入存储器320，同时将一行像素之和直接送入运动识别电路330。
在运动识别电路330中，在当前检测帧的每一行结束时，存储器读出电路510将上一检测帧的相应行像素和读出，经求差电路520确认此行是否变化，如发现变化的行，变化行计数器530将加一。在当前检测帧结束时，第一阈值比较电路540会对变化的行数与阈值T2比较，输出检测结果。变化行的统计结果和最后与阈值T3的比较结果都会送入窗口控制器340。
在窗口控制器340中，变化行分布计算电路630接收来自变化行计数器530的变化行计数结果和第一阈值比较电路540的阈值比较结果。如果根据第一阈值比较电路540的判断，图像是静止图像，则变化行分布计算电路630计算有变化像素行在图像中的分布。第二阈值比较电路620分析变化行分布计算电路630的计算结果，并且与阈值T3比较。检测窗口产生电路610根据第二阈值比较电路620的比较结果，产生相应的检测窗口。
具体来说，假如变化行在三个逐行检测窗口(上、中、下)之一的数量大于其他两个窗口，且差值大于阈值T3，表明有必要改变检测窗口，则改变检测窗口为变化行集中的检测窗口，改隔行检测为逐行检测。若结果为否，即变化行分布均匀，则不做任何改变。如果在逐行检测窗口(上、中、下)之一中未发现运动图像，改变相应的检测窗口为隔行检测窗口。
检测窗口产生电路610的输出结果送往行像素求和电路310。
虽然上文较详尽地描述了本发明，但是这些描述仅是示意性的而非限制性的。显然，对于普通技术人员而言本发明会以许多方式进行变化。
比如，用于判断图像行是否变化的参考因素除像素的亮度以外，还可以是色度、色饱和度，或者也可以是RGB信号的G值等等。
除隔行检测和逐行检测以外，检测窗口的检测方式也可以采用其它不同的精度。
逐行检测窗口的数量可以是2或2个以上，而非仅限于3个。
另外，对于本发明的方法和电路而言，也可以在不降低判断精度的前提下，从图像中抽取一定数量的行像素进行上述方法的对比判断，以减少计算量。
此外，图4、图5和图6仅仅是图3电路各组成部分的一种具体结构示例。除此以外，显然还可以采用其它的具体结构来实现图3的电路。
所有这样的变化都属于本发明的范围之内，而不应当被认为偏离本发明的范围。本发明仅受后附的权利要求书的精髓和范围限制。
Claims (11)
1.一种运动图像检测方法，包括下列步骤：
以具有一定检测精度的检测窗口从一组连续图像中截取两帧静态图像；
比较该两帧图像，确定图像的变化行数；
根据图像的变化行数，判断图像是运动图像还是静止图像；
若图像为静止图像，计算有变化象素行在图像中的分布；
若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口，使其与该区域相对应，同时提高检测窗口的检测精度。
2.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于所述确定图像的变化行数的步骤包括将两幅图像的对应行的各像素亮度值总和相减，若所得差的绝对值大于第一阈值(T1)，则认定该对应行有变化。
3.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于所述判断步骤包括：判断所述变化行数是否大于预先设定的第二阈值(T2)；如果判断结果为是，则判定该组图像为运动图像；如果判断结果为否，判定该组图像为静止图像。
4.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于所述提高检测精度的步骤包括从隔行检测改变为逐行检测。
5.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于所述与有变化象素行集中分布的区域是通过判断变化行在该区域的数量大于窗口的其它地方，且差值大于第三阈值(T3)来确定的。
6.如权利要求1或5所述的一种运动图像检测方法，其特征在于所述与有变化象素行集中分布的区域是分别对应于整个图像的上、中、下三个部位。
7.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于还包括在检测窗口缩小且检测精度提高的情况下若未检测到运动图像，降低检测精度且恢复原检测窗口的步骤。
8.如权利要求1所述的一种运动图像检测方法，其特征在于用于确定图像行是否变化的每行像素数是每行所有像素数的一部分。
9.一种运动图像检测电路，包括：
行像素求和电路，以具有一定检测精度的检测窗口从一组连续图像中截取两帧静态图像，并对该两帧图像各行的像素亮度值求和；
存储器，存储各图像行的求和结果；
运动识别电路，接收来自存储器的求和结果，并且根据求和结果确定图像的变化行数，同时判断图像是运动图像还是静止图像；和
窗口控制器，当判断图像为静止图像时计算有变化象素行在图像中的分布；若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口，使其与该区域相对应，同时提高检测窗口的检测精度。
10.如权利要求9所述的一种运动图像检测电路，其特征在于所述行像素求和电路包括对像素行各像素亮度值求和的求和电路、控制求和结果写入存储器的存储器写入控制电路、和根据检测窗口进行图像行计数的行计数器；所述运动识别电路包括控制从存储器读出求和结果的存储器读出控制电路，将两帧图像的相同像素行的求和结果相减的图像行求差电路，根据图像行求差电路的差值确定像素行是否变化行并且对变化行计数的变化行计数器，和根据变化行数确定图像是否运动的第一阈值比较电路；所述窗口控制器包括若图像被判断为静止图像，计算变化行分布情况的变化行分布计算电路，根据变化行分布情况与阈值进行比较的第二阈值比较电路，和若有变化象素行集中分布在一定区域，则改变检测窗口同时提高检测窗口的检测精度的检测窗口产生电路。
11.如权利要求9或10所述的一种运动图像检测电路，其特征在于所述运动图像检测电路包括控制寄存器。
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