CN102722889B - 一种图像背景获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种图像背景获取方法，包括步骤：记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库；选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景；输入当前帧图像，将所述当前帧图像分别与选取的所述多个历史图像背景进行距离计算，选取距离最近的历史图像背景作为当前背景；对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库。本发明还提供了一种图像背景获取装置，包括数据管理模块、背景库、计算模块和更新模块。本发明的一种图像背景获取方法和装置，能够提供参考性较高的背景。

Description

一种图像背景获取方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种图像背景获取方法和装置。

背景技术

随着社会经济的发展，利用监控摄像机对十字路口、公园等公共场所进行监控，已经较为普遍。同时，随着图像处理技术的不断提升，如何将摄取到的图像进行有效处理，以提取有用信息，成为图像处理领域进一步研究的方向。例如，公园、游乐场、大型超市、地铁站等的公共场所人流日益增加，迫切的需要有效的机制对监控画面内的人数进行统计，以实时监控人流密度，根据人流密度，进行相应的对策，疏导缓解人流压力。

智能视频人数统计系统是一种运用视频图像分析技术进行人流量统计的视频智能化应用系统，其主要通过内置算法对视频中人数和人群流动方向等信息进行有效统计并生成报表。用户可以在掌握监控区域实时动态信息的同时，及时得到现场准确的人数和人群流量数据，有利于管理单位更高效的组织工作，其中在这个过程中，背景图的获取显得尤为重要。

现有技术中，背景的提取方式为，任意抓取一帧没有运动目标的图像，与当前帧图像的加权图做差分，差分值小于某一阈值，则认定该像素点为背景。由于公园、游乐场等都为室外，天气多变，环境较复杂，采用此种背景提取方式，准确度较低。

发明内容

本发明提出了一种图像背景获取方法和装置，解决了现有技术中的背景提取方式准确度低的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种图像背景获取方法，包括步骤：A、记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库；B、选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景；C、输入当前帧图像，将所述当前帧图像分别与选取的所述多个历史图像背景进行距离计算，选取距离最近的历史图像背景作为当前背景；D、对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库。

其中，所述步骤D中对当前背景进行更新计算包括步骤：

D1、计算当前图像每个像素点的平均像素值，按照如下公式：

$\mathrm{avg}(i,j)=\frac{\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{value}\left(m\right)}{n};$

其中，avg(i,j)为该像素点的平均像素值，value为该像素点为背景时的像素值，n为该像素点为背景点的次数；

D2、更新当前背景中的每个像素点的像素值，按照如下公式：

B′(i,j)=α·avg(i,j)+(1-α)·B(i,j)；

其中，B’(i，j)为更新后的像素值，α为更新权重，avg(i,j)为所述平均像素值，B(i,j)为当前背景该像素点更新前的像素值。

其中，所述步骤C与步骤D之间还包括步骤：检测摄像机是否发生未知的移动，如果是，则结束当前流程，并报警，如果否，则继续执行后续步骤。

其中，所述检测检测摄像机是否发生未知的移动的步骤包括：

计算当前帧图像与当前背景的匹配距离，参照如下公式：

$d=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1^{,}}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{EdgeF}(i,j)-\mathrm{EdgeB}(i,j)|}{W*H};$

其中，其中d为当前帧图像与当前背景的匹配距离，EdgeF为当前帧的二值边缘图，EdgeB为当前背景的二值边缘图，W,H分别为图片的宽与高；

判断d是否超过预设阈值，是，则判定摄像机发生未知的移动，发出报警，否，则判定摄像机未发生未知的移动。

其中，所述步骤B为按照预设的时间点开始执行所述选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景的步骤。

其中，所述步骤D为按照预设的时间点开始执行所述对当前背景进行更新计算的步骤。

本发明还提供一种图像背景获取装置，包括数据管理模块、背景库、计算模块和更新模块；所述数据管理模块，用于记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库，并选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景；所述计算模块，用于输入当前帧图像，计算所述当前帧图像与选取的所述多个历史图像背景的距离，选取距离最近的背景作为当前背景；所述更新模块，用于对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库。

其中，所述更新模块，包括更新计算模块和存储模块；所述更新计算模块，用于计算当前图像每个像素点的平均像素值，并更新当前背景中的每个像素点的像素值；所述存储模块，用于将经过所述更新计算模块更新的背景存储至所述背景库。

其中，还包括检测模块，所述检测模块，用于检测摄像机是否发生未知的移动，如果是，则结束当前流程，并报警，如果否，则继续执行后续步骤。

其中，所述检测模块，用于计算当前帧图像与当前背景的匹配距离，参照如下公式：

$d=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1;}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{EdgeF}(i,j)-\mathrm{EdgeB}(i,j)|}{W*H};$

其中，其中d为当前帧图像与当前背景的匹配距离，EdgeF为当前帧的二值边缘图，EdgeB为当前背景的二值边缘图，W,H分别为图片的宽与高；

判断d是否超过预设阈值，是，则判定摄像机发生未知的移动，发出报警，否，则判定摄像机未发生未知的移动。

可见，本发明至少具有如下的有益效果：

本发明的一种图像背景获取方法和装置，将历史图像背景按照不同时段、不同天气分类存储至背景库，选取与当前时段或天气相应的类别中的多个历史图像背景，分别与当前帧图像进行距离计算，得出最优的背景，这样方式选取的背景，由于综合考虑了不同天气以及同一天内不同时段的因素，首先选取当前图像拍摄相同条件的多个背景，然后再从多个背景中选取与当前帧图像最为接近的背景，准确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种图像背景获取方法的流程图；

图2为本发明的一种图像背景获取装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种图像背景获取方法，参见图1，包括步骤：

步骤S101：记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库。

当拍摄环境为室外的广域空间时，天气多变，而不同的天气状况对画面的拍摄影响较大，且同一天内，不同时间段光照等因素也会对拍摄画面有影响。因此，针对不同的天气状况和不同时段，将记录的历史背景图片进行分类，并存储至所述背景库。

在本实施例中，可以根据天气可以分为晴天、阴天、雨天、雪天和雾天等；根据时间段可以将一天可以分为24个时间段，或者多个小时为一个时间段，这样便形成一个二维结构的背景库，每种类别对应一个文件夹，每个文件夹里可以存储多幅该类型的背景图片。

步骤S102：选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景。

选取背景这一步骤，可以是由时序触发，即当到达某一个设定的时间点后，则开始选取，优选地，应与历史背景图像分类时所依照的时间段划分方式相同，当该时间段开始时，则选取该时间段内的历史背景。

步骤S103：输入当前帧图像，将所述当前帧图像分别与选取的所述多个历史图像背景进行距离计算，选取距离最近的历史图像背景作为当前背景。

根据当前天气情况和当前时间段，在背景库中寻找相同类别的背景所在的文件夹，将当前帧图像与文件夹所存的多个背景图片进行距离计算，选取距离最近的历史背景图片作为当前天气下当前时间段的背景。

其中，在本实施例中，优选地，所述距离计算可以采用特征点匹配，欧式距离计算、边缘点匹配等方法，本领域技术人员能够根据本发明的技术构思获得启示进而选取相应的计算方式，本发明不做限定。

优选地，在本实施例中，还包括步骤：检测摄像机是否发生未知的移动，如果是，则结束当前流程，并报警，如果否，则继续执行后续步骤。

由于摄像机在拍摄过程中，可能由于各种因素导致发生不期望的移动，若移动被监控人员获知，则可对相应的图像数据进行校正，或是直接将摄像机放回原位。而若发生了未知的位移，则当前摄像角度与历史记录的摄像角度不同，会导致较大的误差。

因此，需要每隔一段时间，对摄像机进行检测，当发现摄像机发生移动时报警，此时给出的统计结果不保证准确，需要人工调整摄像机到原来位置或者重新存储背景，其是否发生位移的检测可以采用相应的技术。

在本实施例中，作为一种具体实施方式，对摄像机是否发生位移的检测方式为：计算当前帧图像与当前背景的匹配距离。优选地，可采用如下公式：

$d=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1^{,}}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{EdgeF}(i,j)-\mathrm{EdgeB}(i,j)|}{W*H};$

其中，其中d为当前帧图像与当前背景的匹配距离，EdgeF为当前帧的二值边缘图，EdgeB为当前背景的二值边缘图，W,H分别为图片的宽与高。

判断d是否超过预设阈值，是，则判定摄像机发生未知的移动，发出报警，否，则判定摄像机未发生未知的移动。

所述预设阈值，可有本领域技术人员根据实际情况决定，本发明不做限定。

对摄像机进行及时的检测，能够有效地保证计算结果的准确度，提高统计的精度。

步骤S104：对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库。

将当前背景进行更新，可以是在当前背景生成后，即进行数据更新，也可由时序触发，按照预设的时间点，即到达某一个时间点后，再进行更新。

优选地，在本实施例中，当前时间段结束时，计算被监控区域内的每个像素点的该时间段内为背景的像素平均值，然后按照设定的更新权重对背景图中相应的点进行更新。

具体地，对被监控区域进行背景更新，针对被监控区域内的每一像素点，统计所述时间段内，该像素点为背景的平均值。即，首先，计算当前图像每个像素点的平均像素值，按照如下公式：

$\mathrm{avg}(i,j)=\frac{\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{value}\left(m\right)}{n};$

其中，avg(i,j)为该像素点的平均像素值，value为该像素点为背景时的像素值，n为该像素点为背景点的次数。

其次，更新当前背景中的每个像素点的像素值，按照如下公式：

B′(i,j)=α·avg(i,j)+(1-α)·B(i,j)；

其中，B’(i，j)为更新后的像素值，α为更新权重，avg(i,j)为所述平均像素值，B(i,j)为当前背景该像素点更新前的像素值。

其中，所述更新权重α大于等于0，小于等于1，具体数值，可由本领域技术人员根据实际情况进行适宜调整，本发明不做限定。

对当前背景的更新，也可采取其他计算方式，并不仅限于上述方式。

将更新后的背景存储至背景库，优选地，覆盖原来的背景。

对背景库中的存储的背景进行及时更新，会提高背景库中数据的及时性和有效性，提高将其作为参照背景的统计结果的准确度。

本发明还提供了一种图像背景获取装置，参见图2，包括数据管理模块、背景库、计算模块和更新模块。

所述数据管理模块，用于记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库，并选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景。

所述背景库，为预先建立的存储历史背景图像的数据库。

所述数据管理模块，主要用于管理背景库中的数据，进行数据存入和调取。优选地，同上所述，可以将一天划分为不同的时间段，记录并存储一天各时间段内的图像，并记录不同天气的背景图像，这样，背景库里面包含不同天气不同时间段的历史背景图片，然后根据每天不同的时间段，从背景库中选择相应的历史背景作为多个备选历史背景。

所述计算模块，用于输入当前帧图像，计算所述当前帧图像与选取的所述多个历史图像背景的距离，选取距离最近的背景作为当前背景。

所述更新模块，用于对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库。

所述更新模块，包括更新计算模块和存储模块。

所述更新计算模块，用于计算当前图像每个像素点的平均像素值，并更新当前背景中的每个像素点的像素值；所述存储模块，用于将经过所述更新计算模块更新的背景存储至所述背景库。

优选地，在本实施例中，还包括检测模块，所述检测模块，用于检测摄像机是否发生未知的移动，发现未知的移动则报警。

本发明的一种图像背景获取方法和装置，预先建立一个背景库，然后根据每天不同的时间段或者根据当前天气，从背景库中选择相应的背景并进行距离计算后，将与当前图像最接近的历史背景作为当前的背景，用完后，对这幅背景进行相应的更新，存到背景库，覆盖原来的背景，这样，背景库中的数据不断得到更新，同时能够根据不同的天气和不同的时间段，具体提供不同的历史背景，更为合理，准确度更高。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种室外图像背景获取方法，其特征在于，包括步骤：

A、记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库；

B、选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景；

C、输入当前帧图像，将所述当前帧图像分别与选取的所述多个历史图像背景进行距离计算，选取距离最近的历史图像背景作为当前背景；

D、对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库；

所述步骤C与步骤D之间还包括步骤：

检测摄像机是否发生未知的移动，如果是，则结束当前流程，并报警，如果否，则继续执行后续步骤；

所述检测摄像机是否发生未知的移动的步骤包括：

计算当前帧图像与当前背景的匹配距离，参照如下公式：

其中，d为当前帧图像与当前背景的匹配距离，EdgeF为当前帧的二值边缘图，EdgeB为当前背景的二值边缘图，W,H分别为图片的宽与高；

判断d是否超过预设阈值，是，则判定摄像机发生未知的移动，发出报警，否，则判定摄像机未发生未知的移动。

2.根据权利要求1所述的室外图像背景获取方法，其特征在于，所述步骤D中对当前背景进行更新计算包括步骤：

D1、计算当前图像每个像素点的平均像素值，按照如下公式：

其中，avg(i,j)为该像素点的平均像素值，value为该像素点为背景时的像素值，n为该像素点为背景点的次数；

D2、更新当前背景中的每个像素点的像素值，按照如下公式：

B'(i,j)＝α·avg(i,j)+(1-α)·B(i,j)；

其中，B'(i,j)为更新后的像素值，α为更新权重，avg(i,j)为所述平均像素值，B(i,j)为当前背景该像素点更新前的像素值。

3.根据权利要求1所述的室外图像背景获取方法，其特征在于，所述步骤B为按照预设的时间点开始执行所述选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景的步骤。

4.根据权利要求1所述的室外图像背景获取方法，其特征在于，所述步骤D为按照预设的时间点开始执行所述对当前背景进行更新计算的步骤。

5.一种图像背景获取装置，其特征在于，包括数据管理模块、背景库、计算模块和更新模块；

所述数据管理模块，用于记录历史图像背景，并按照不同时段、不同天气分类存储至背景库，并选取与当前时段或天气对应类别的多个历史图像背景；

所述计算模块，用于输入当前帧图像，计算所述当前帧图像与选取的所述多个历史图像背景的距离，选取距离最近的背景作为当前背景；

所述更新模块，用于对当前背景进行更新计算后，存储至所述背景库；

还包括检测模块，所述检测模块，用于检测摄像机是否发生未知的移动，如果是，则结束当前流程，并报警，如果否，则继续执行后续步骤；

所述检测模块，用于计算当前帧图像与当前背景的匹配距离，参照如下公式：

其中，d为当前帧图像与当前背景的匹配距离，EdgeF为当前帧的二值边缘图，EdgeB为当前背景的二值边缘图，W,H分别为图片的宽与高；

判断d是否超过预设阈值，是，则判定摄像机发生未知的移动，发出报警，否，则判定摄像机未发生未知的移动。

6.根据权利要求5所述的图像背景获取装置，其特征在于，所述更新模块，包括更新计算模块和存储模块；

所述更新计算模块，用于计算当前图像每个像素点的平均像素值，并更新当前背景中的每个像素点的像素值；

所述存储模块，用于将经过所述更新计算模块更新的背景存储至所述背景库。