CN102646280A - 一种基于块累加统计的背景实时更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于块累加统计的背景实时更新方法。该方法首先将初始背景和视频图像进行分割，并将背景每个块的B_i[N]、F_i、C_i和BUF_i[N]初始化为0；接着进行背景的块累加技术；最后根据背景的块累加计数器的数值对背景进行实时更新。本发明的方法能及时更新场景中的光线变化，且计算简单、更新速度快、噪声点小，在道路畅通和车流量很大时都能更新出较完整且正确率高的背景，所更新的背景能满足实时运动目标的提取需要，具有较强的适用性。

Description

一种基于块累加统计的背景实时更新方法

技术领域

本发明属于视频检测技术领域，具体涉及一种基于块累加统计的背景实时更新方法。

背景技术

在视频车辆检测技术中通常采用背景差分法检测车辆等运动目标，而背景差分法的关键技术是获取实时更新的背景。目前背景更新方法主要有多帧平均法、统计直方图法、像素中值训练法和IR滤波更新法。其中，多帧平均法获取的背景粗略，不适于光线的突变，并且计算量较大；统计直方图法虽能取得较好效果，但是该方法计算过于复杂、背景更新缓慢、噪声点多；像素中值训练法需要较大的存储空间，运算速度慢，不适于实时处理；IRR滤波更新法更新的背景和真实的背景间存在误差，长时间累计可能使背景失效。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于累加统计的背景实时更新方法，以有效地实时更新背景，使得背景差法能够准确的分离运动目标。

为了实现上述目的，本发明采用的如下技术方案：

一种基于块累加统计的背景实时更新方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤一，初始化背景所有像素点的像素值为0，并在块坐标系X下，将背景划分成T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为B_i(m，n)，该块内所有像素点的的像素值用二维数组B_i[N]表示，该第i个块的有效背景标志为F_i，累加计数器为C_i，该第i个块内的所有像素点的像素值缓存区域为二维数组BUF_i[N]，缓存区域内像素点(m，n)的像素值为BUF_i(m，n)，将BUF_i[N]中所有像素点的像素值初始化0，并且F_i和C_i初始化值均为0；

其中：T＝(W/w)*(H/h)，W为背景水平方向的像素，H为背景竖直方向的像素，背景的大小为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度；第i个块内像素点的总个数N＝w*h；i＝1，2，3...T；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤二，在块坐标系X下，将第j+1帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j+1(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j+1[N]表示；

同时在块坐标系X下，将第j帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j[N]表示；

其中：j≡1，2，3，...M-1，M为图像的总帧数，且M≥71；T＝(W/w)*(H/h)，第j+1帧图像和第j帧图像的水平方向的像素均为W，第j+1帧图像和第j帧图像竖直方向的像素均为H，第j+1帧图像和第j帧图像的大小均为W*H，第i个块的宽度为w，第i个块的高度为h；第i个块内像素点的总个数N＝w*h；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤三，计算第j+1帧图像中的第i个块与第j帧图像中的第i个块之间各相同坐标的像素点处的像素值差的绝对值之和SAD，其中SAD利用公式(1)计算得到，

$\mathrm{SAD}=\underset{m=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}|F_{i,j}(m,n)-F_{i,j+1}(m,n)|---\left(1\right)$

当SAD小于或等于阈值A时，C_i加1；

当SAD大于阈值A时，C_i＝0，BUF_i(m，n)＝0；

重复步骤三，当i＝T时，执行步骤四；

步骤四，对背景中的第i个块的累加计数器C_i进行判断：

当C_i＝50时，BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝0时，首先B_i(m，n)＝BUF_i(m，n)，F_i＝1，然后BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝1时，首先B_i(m，n)＝(1-0.1)*B_i(m，n)+0.1*BUF_i(m，n)，然后BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

其中P为正整数；

重复步骤四，当i＝T时，执行步骤五；

步骤五，重复执行步骤二至步骤四，当j≥M时，即可实现背景的实时更新。

所述阈值A的取值为10×块内像素点的总个数，即A＝10×(w×h)。

与现有技术相比，本发明的方法能及时更新场景中的光线变化，且计算简单、更新速度快、噪声点小，在道路畅通和车流量很大时都能更新出较完整且正确率高的背景，所更新的背景能满足实时运动目标的提取需要，具有较强的适用性。

具体实施方式

本发明的基于块累加统计的背景实时更新方法，具体按下列步骤进行：

步骤一，初始化背景所有像素点的像素值为0，并在块坐标系X下，将背景划分成T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为B_i(m，n)，该块内所有像素点的的像素值用二维数组B_i[N]表示，B_i[N]中保存有N个像素点的像素值，B_i(m，n)为B_i[N]中的一个元素，该第i个块的有效背景标志为F_i，该第i个块的累加计数器为C_i，该第i个块的所有像素点的像素值缓存区域为二维数组BUF_i[N]，BUF_i[N]中保存N个像素点的像素值，缓存区域内像素点(m，n)的像素值为BUF_i(m，n)，BUF_i(m，n)为BUF_i[N]中的一个元素，将BUF_i[N]中所有像素点的像素值初始化0，并且F_i和C_i初始化值均为0；

其中：T＝(W/w)*(H/h)，W为背景水平方向的像素，H为背景竖直方向的像素，背景的大小为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度；第i个块内像素点的总数为N＝w*h；i＝1，2，3...T；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤二，在块坐标系X下，将第j+1帧图像(当前帧图像)划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j+1(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j+1[N]表示，F_i，j+1[N]中保存有N个像素点的像素值，F_i，j+1(m，n)为F_i，j+1[N]中的一个元素；

同时在块坐标系X下，将第j帧图像(前一帧图像)划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j[N]表示，F_i，j[N]中保存有N个像素点的像素值，F_i，j(m，n)为F_i，j[N]中一个元素；

其中：j≡1，2，3，...M-1，M为图像的总帧数，且M≥71；T＝(W/w)*(H/h)，第j+1帧图像和第j帧图像的水平方向的像素均为W，第j+1帧图像和第j帧图像竖直方向的像素均为H，第j+1帧图像和第j帧图像的大小均为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度，第i个块内像素点的总数为N＝w*h；第j帧图像中的第i个块与背景中的第i个块在块坐标系X中的位置相同；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤三，在第j+1帧图像中找到第i个块，并在第j帧图像中找到位置对应的第i个块，计算这两个块中对应位置像素点的像素值差的绝对值和SAD，其中SAD利用公式(1)计算得到，

$\mathrm{SAD}=\underset{m=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}|F_{i,j}(m,n)-F_{i,j+1}(m,n)|---\left(1\right)$

当SAD小于或等于阈值A时，说明第j+1帧图像中的第i个块与第j帧图像中的第i个块匹配，背景图像中对应的第i块的累加计数器C_i加1，其中阈值A的取值为10×块内像素点的总个数，即A＝10×(w×h)；

当SAD大于阈值A时，说明第j+1帧中的第i个块与第j帧相应的第i个块发生了较大的变化，这两个块不匹配，背景中的第i块的累加计数器清零，即C_i＝0，并将BUF_i[N]中所有像素点的像素值按式BUF_i(m，n)＝0逐个清零；

重复步骤三，当i＝T时，执行步骤四；

步骤四，对背景中的第i个块的累加计数器C_i进行判断：

当C_i＝50时，将第j+1帧图像中第i个块内所有的像素点的像素值按公式(2)逐个存储在BUF_i[N]中；

BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)                (2)

当C_i＝50+20*P，且F_i＝0时，将背景中的第i个块的B_i[N]中所有像素点的像素值用该块的缓存区域BUF_i[N]中保存的相应像素点(即坐标相同的像素点)的像素值按公式(3)逐个更新，背景中的第i个块的标志赋值为1即F_i＝1，然后将该块的缓存区域BUF_i[N]中各像素点的像素点值用第j+1帧图像中第i个块内的相应像素点的像素值按公式(2)逐个更新；

B_i(m，n)＝BUF_i(m，n)                 (3)

当第C_i＝50+20*P，且F_i＝1时，将背景中的第i个块的B_i[N]中各像素点的像素点值按公式(4)逐个更新，然后将该块的缓存区域BUF_i[N]中各像素点的像素值用第j+1帧图像中第i个块内相应像素点的像素值按公式(2)逐个更新，

B_i(m，n)＝(1-0.1)*B_i(m，n)+0.1*BUF_i(m，n)                (4)

其中P为正整数；

重复步骤四，当i＝T时，执行步骤五；

步骤五，重复执行步骤二至步骤四，当j≥M时，即可实现背景的实时更新。

以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是本发明并不限于以下实施例，凡是在以下实施例基础上的等同变换或者替换均属于本发明的保护范围。

实施例：

该实施例中的视频的采样频率为25帧每秒，图像大小为720*288，将每个图像划成90*48个块区域，每块区域的大小为8*6，对相邻帧对应块内所有像素求差的绝对值和，阈值A为480，遵循上述技术方案，依次对连续输入的视频图像进行处理；

当累加计数器C_i等于50时，保存该块当前帧的所有像素值；

当累加计数器等于70时，此时P＝1，且该块的背景有效标志F_i为0，用保存的该块完全更新背景，得到部分有效背景，同时，用当前帧更新该块保存的像素值，且该块对应背景有效标志位F_i设置为1。

当累加计数器C_i满足C_i＝50+20*P，P≥2时，此时该块对应背景有效标志位F_i＝1，则按比例更新背景，即可得到实时更新的背景。

Claims (2)

1.一种基于块累加统计的背景实时更新方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤一，初始化背景所有像素点的像素值为0，并在块坐标系X下，将背景划分成T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为B_i(m，n)，该块内所有像素点的的像素值用二维数组B_i[N]表示，该第i个块的有效背景标志为F_i，累加计数器为C_i，该第i个块内的所有像素点的像素值缓存区域为二维数组BUF_i[N]，缓存区域内像素点(m，n)的像素值为BUF_i(m，n)，将BUF_i[N]中所有像素点的像素值初始化0，并且F_i和C_i初始化值均为0；

其中：T＝(W/w)*(H/h)，W为背景水平方向的像素，H为背景竖直方向的像素，背景的大小为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度；第i个块内像素点的总个数N＝w*h；i＝1，2，3...T；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤二，在块坐标系X下，将第j+1帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j+1(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j+1[N]表示；

同时在块坐标系X下，将第j帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j[N]表示；

其中：j≡1，2，3，...M-1，M为图像的总帧数，且M≥71；T＝(W/w)*(H/h)，第j+1帧图像和第j帧图像的水平方向的像素均为W，第j+1帧图像和第j帧图像竖直方向的像素均为H，第j+1帧图像和第j帧图像的大小均为W*H，第i个块的宽度为w，第i个块的高度为h；第i个块内像素点的总个数N＝w*h；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤三，计算第j+1帧图像中的第i个块与第j帧图像中的第i个块之间各相同坐标的像素点处的像素值差的绝对值之和SAD，其中SAD利用公式(1)计算得到，

$\mathrm{SAD}=\underset{m=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}|F_{i,j}(m,n)-F_{i,j+1}(m,n)|---\left(1\right)$

当SAD小于或等于阈值A时，C_i加1；

当SAD大于阈值A时，C_i＝0，BUF_i(m，n)＝0；

重复步骤三，当i＝T时，执行步骤四；

步骤四，对背景中的第i个块的累加计数器C_i进行判断：

当C_i＝50时，BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝0时，首先B_i(m，n)＝BUF_i(m，n)，F_i＝1，然后BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝1时，首先B_i(m，n)＝(1-0.1)*B_i(m，n)+0.1*BUF_i(m，n)，然后BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

其中P为正整数；

重复步骤四，当i＝T时，执行步骤五；

步骤五，重复执行步骤二至步骤四，当j≥M时，即可实现背景的实时更新。

2.如权利要求1所述的基于块累加统计的背景实时更新方法，其特征在于，所述阈值A的取值为10×块内像素点的总个数，即A＝10×(w×h)。