CN100473112C - 一种数字影像的运动检测方法 - Google Patents

Abstract

一种数字影像的运动检测方法，包括步骤：选定运动检测参考帧；计算参考帧待检测区域D_F与当前帧待检测区域D_C内每一待检测单位的亮度值，并分别将D_F和D_C内的所有待检测单位的亮度值相加再取平均，得到D_F和D_C的平均亮度值；将D_F和D_C内对应的待检测单位的亮度值之差，再减去当前帧和参考帧子窗口的平均亮度值之差，得到的结果取绝对值，作为该待检测单位的运动系数；判断该待检测单位的运动系数是否大于设定的第一阈值，如果是，判定该待检测单位处于运动状态，否则，判断该待检测单位处于非运动状态。本发明使系统能在光照亮度变化的情况下准确地进行运动检测。

Description

一种数字影像的运动检测方法

技术领域

本发明涉及一种数字影像的运动检测，尤其涉及一种数字影像的运动检测方法。

背景技术

为了提高计算速度，数字影像撷取装置的运动检测算法通常采用硬件实现。现有的用硬件实现的运动检测算法通常将图像划分为多个子窗口，通过对比用于运动检测的参考帧图像和当前帧图像的每个子窗口的亮度平均值的差来判断该窗口是否发生运动。

由于硬件资源有限，不能将参考帧图像和当前帧图像全部记录下来，所以通常的做法是累加参考帧和当前帧对应子窗口中每一行像素点的亮度值，并将对应行亮度累加值相减，取其绝对值作为行亮度差，当行亮度差大于一个阈值时判断该行处于运动状态。当该子窗口内处于运动状态的行数大于另一个阈值时，判断该子窗口处于运动状态。

但是，这种通过计算参考帧和当前帧对应子窗口行亮度累加值，进而比较行亮度差的方法很容易受到光照变化的影响。很多情况下，光照细微的变化，就可能导致行亮度差发生巨大变化。比如光照稍微增强一点，该子窗口的整体亮度会稍微增大一些，但是后一幅图像中由一行中所有像素点的亮度值累加得到的行亮度值可能会发生很大的变化，按现有的比较两幅图像的行亮度差的方法，就会导致错误地检测出该窗口处于运动状态。这种错误不能简单地通过改变阈值来解决，因为这会对真实运动的检测带来影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种数字影像的运动检测方法，使系统能在光照亮度变化的情况下准确地进行运动检测。

为了解决上述问题，本发明提供一种数字影像的运动检测方法，包括以下步骤：

(a)选定运动检测参考帧；

(b)计算参考帧待检测区域D_F与当前帧待检测区域D_C内每一待检测单位的亮度值，并分别将D_F和D_C内的所有待检测单位的亮度值相加再取平均，得到D_F和D_C的平均亮度值；

(c)将D_F和D_C内对应的待检测单位的亮度值之差，再减去D_F和D_C的平均亮度值之差，得到的结果取绝对值，作为该待检测单位的运动系数；

(d)判断该待检测单位的运动系数是否大于设定的第一阈值，如果是，判定该待检测单位处于运动状态，否则，判断该待检测单位处于非运动状态

(e)按步骤(c)和(d)的方法对待检测区域内的待检测单位进行逐一判定，并统计已判定为运动状态的待检测单位的数量DL，如该数量大于设定的第二阈值，则判定待检测区域处于运动状态，如所有待检测单位判定完成后，统计的数量DL还是不大于第二阈值，则判定待检测区域处于非运动状态。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述步骤(a)中，选取前一次进行运动检测的帧作为本次运动检测的参考帧。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述图像的待检测区域是指对图像划分得到的全部或部分子窗口，或者是整个图像。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述待检测单位为待检测区域中的行、列或矩形块。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述待检测单位的亮度值是指待检测单位中包含的所有像素点的亮度值的累加值。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述待检测单位为待检测区域中的行，且两个相邻待检测行之间间隔了S行，S为正整数。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述S取值为2～4。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述第一阈值取值范围为：0.2×N≤第一阈值≤0.3×N，该N指待检测区域中的列数。

进一步地，上述运动检测方法还可具有以下特点：

所述第二阈值的取值范围为：0.004×M≤第二阈值≤0.013×M，该M为待检测区域中包含的待检测单位的数目。

本发明通过使用经过平均亮度值修正后的数据来检测运动，降低了运动检测对光照变化的敏感度，提高了运动检测的精确性，并且便于使用硬件实现，扩大了运动检测算法的使用范围。

附图说明

图1是本发明实施例数字影像的运动检测方法的流程图。

具体实施方式

在外界光照引起亮度变化时，一般来说整个图像上像素点的亮度值会发生一致的变化，而运动图像引起的亮度变化往往不具有此特性。因此本发明引入反应当前帧子窗口相对于参考帧的整体亮度变化参数，进而在根据当前帧相对于参考帧的亮度变化进行运动状态判断时，排除由光照变化带来的整体亮度变化的影响，以准确地进行运动检测。

本发明使用的影像撷取装置可以是一个电荷耦合元件阵列、一个CMOS阵列以及任何可以将影像转换成为电子信号的元件阵列。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

为了提高运动检测的精确性，可将整个图像划分为K个子窗口分别进行运动检测，当然也可以不划分。可以将独立进行运动检测的图像或其子窗口统称为图像的待检测区域。

下面以一个待检测子窗口的运动检测过程为例，其流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤110：选定运动检测参考帧；

参考帧的选取与运动检测的频率有关，通常选取前一次进行运动检测的帧作为本次运动检测的参考帧，例如，当系统每帧进行一次运动检测时，可选取当前帧的前一帧作为参考帧。为了减少计算量，在外界光照变化频率很小的使用环境下，也可选取前N次进行运动检测的帧作为参考帧，N大于等于2。

步骤120：计算参考帧与当前帧中待检测子窗口内每一待检测行的像素点亮度的累加值；

参考帧待检测子窗口第l行亮度累加值为： $P_l=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{l,i};$

当前帧待检测子窗口第l行亮度累加值为： $Q_l=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{l,i};$

其中，1≤l≤M；M为待检测子窗口像素点的行数；N为待检测子窗口像素点的列数。进一步降低硬件资源使用的场合，在每一个子窗口中也不是每行都必须要计算，可以采用隔S行统计一次亮度累加值，一般S取值为2～4，但也可以取其它值。

当图像中仅有某个或某几个局部区域需要进行运动检测时，可以仅以图像中的某个或某几个子窗口为待检测窗口。

步骤130：分别将当前帧和参考帧中待检测子窗口内的所有待检测行的亮度累加值相加后取平均，得到当前帧中待检测子窗口的平均亮度值P和参考帧中待检测子窗口的平均亮度值Q；

步骤140：计算待检测子窗口中的待检测行的运动系数diff_l：

diff_l＝abs((P_l-Q_l)-(P-Q))；

其中，abs()为取绝对值函数。可以看出，该公式将计算出的行亮度累加值的差再减去子窗口的平均亮度值之差，其结果取绝对值后作为判断运动状态的运动系数，以消除光照变化带来的影响。

步骤150：逐一对待检测子窗口的待检测行的行运动系数diff_l进行判断，若该行的diff_l大于设定的第一阈值，判定该行处于运动状态，统计已判定为运动状态的行数量LC，执行步骤160，否则执行步骤170；

上述第一阈值与待检测子窗口的像素点的列数N有关，列数越多第一阈值取值越大，取值范围通常为：0.2×N≤第一阈值≤0.3×N。

步骤160：判断待检测子窗口统计出的运动行数LC是否大于设定的第二阈值，如果是，判定该子窗口处于运动状态，结束；否则，执行下一步；

上述第二阈值的取值范围与待检测子窗口的待检测行数有关，待检测行数越多第二阈值取值越大，取值范围通常为：0.004×M≤第二阈值≤0.013×M。

步骤170，判断子窗口中所有待检测行是否均已判定完成，如果是，判定该子窗口处于非运动状态，结束；否则，返回步骤150。

基于本发明的构思，在上述实施例的基础上还可以做各种变换：

例如，在另一实施例中，在判断子窗口(可以是整个图像)是否处于运动状态时，不是以行为单位来判断的，而是以一个包括N*M个像素的矩形块为单位来判断，其它的处理都可以相同。即先分别计算出当前帧和参考帧中子窗口内每一待检测矩形块的亮度累加值，再将子窗口内所有待检测矩形块的亮度累加值相加后取平均，分别得到当前帧和参考帧中子窗口的平均亮度值，在计算每一矩形块的运动系数时，也是将当前帧和参考帧中相应的待检测矩形块的亮度累加值相减，差再减去当前帧和参考帧子窗口的平均亮度值之差，再取绝对值。后续判断与上述流程相同，就不再赘述。即，本发明的子窗口中的待检测单可以是行，也可以是一块，或者列等其它情况。

又如，在计算待检测单位的亮度时，除了实施例中的计算其所包括的像素点的亮度累加值的方法外，也可以只计算部分像素点的亮度累加值，如隔几个点取一个点进行计算。

另外，在计算出待检测单元的亮度累加值后，也可以再取其均值再进行运动系统的计算，当然相应地子窗口的平均亮度值，也要对所有均值相加后再取平均，而第一和第二阈值须做相应调整。但实质上与取累加值的方式是等同的。

Claims (9)

1、一种数字影像的运动检测方法，包括以下步骤:

(a)选定运动检测参考帧；

(b)计算参考帧待检测区域D_F与当前帧待检测区域D_C内每一待检测单位的亮度值，并分别将D_F和D_C内的所有待检测单位的亮度值相加再取平均，分别得到D_F和D_C的平均亮度值；

(c)将D_F和D_C内对应的待检测单位的亮度值之差，再减去D_F的平均亮度值和D_C的平均亮度值之差，得到的结果取绝对值，作为该待检测单位的运动系数；

(d)判断该待检测单位的运动系数是否大于设定的第一阈值，如果是，判定该待检测单位处于运动状态，否则，判断该待检测单位处于非运动状态；

(e)按步骤(c)和(d)的方法对待检测区域内的待检测单位进行逐一判定，并统计已判定为运动状态的待检测单位的数量DL，如该数量大于设定的第二阈值，则判定待检测区域处于运动状态，如所有待检测单位判定完成后，统计的数量DL还是不大于第二阈值，则判定待检测区域处于非运动状态。

2、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述步骤(a)中，选取前一次进行运动检测的帧作为本次运动检测的参考帧。

3、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述待检测区域是指对图像划分得到的全部或部分子窗口，或者是整个图像。

4、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述待检测单位为待检测区域中的行、列或矩形块。

5、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述待检测单位的亮度值是指待检测单位中包含的所有像素点的亮度值的累加值。

6、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述待检测单位为待检测区域中的行，且两个相邻待检测行之间间隔了S行，S为正整数。

7、如权利要求6所述的运动检测方法，其特征在于:

所述S取值为2～4。

8、如权利要求6所述的运动检测方法，其特征在于:

所述第一阈值取值范围为:0.2×N≤第一阈值≤0.3×N，该N指待检测区域中的列数。

9、如权利要求1所述的运动检测方法，其特征在于:

所述第二阈值的取值范围为:0.004×M≤第二阈值≤0.013×M，该M为待检测区域中包含的待检测单位的数目。