CN105744117B - 一种近距离运动检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近距离运动检测装置及检测方法，该装置包括交互设备、红外传感器和摄像头；所述红外传感器设置在交互设备上并在交互设备前方形成扇形的红外感测区域；所述摄像头设置在交互设备的正上方，监控设备前方的影像；所述红外传感器的信号输出端连接摄像头的信号输入端，所述摄像头的信号输出端连接并控制交互设备的控制端。本发明结构简单，提供了一种在近距离范围内检测运动的方法，可以有效去除远处背景的扰动，降低误报率，可以使用在数字标牌系统中作为进入操作界面或者插播优先广告的触发条件。

Description

一种近距离运动检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种运动检测方法，具体是一种适用于近距离操作设备的运动检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，运动检测的应用范围越来越广，在智能监控、入侵探测等方面都有比较成熟的应用。近年来，随着智能家居和数字标牌的兴起，运动检测被应用到这些近距离交互设备上，用于唤醒设备、实现交互。

目前运动检测主要使用红外线传感器和摄像头这两种检测设备，红外线传感器使用简便、成本低廉，但是其检测范围有限，而且无法辨识运动物体是否为人体；摄像头主要通过图像分析来确定是否有物体在运动，主要采用背景差分法、帧间差分法和光流法这三种方法，其中背景差分法对于背景的扰动比较敏感，帧间差分法对于运动缓慢的物体不敏感，而光流法运算相当复杂，不适于实时处理。

针对于近距离运动检测的特定场景而言，需要剔除远处背景上移动物体的扰动，又要对近距离物体的运动有相当敏感度，并且尽量降低误报率，因此简单使用上面的方法是无法取得所需效果的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的运动检测装置和方法无法适用近距离运动检测需要。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种近距离运动检测装置，包括交互设备、红外传感器和摄像头；所述红外传感器设置在交互设备上并在交互设备前方形成扇形的红外感测区域；所述摄像头设置在交互设备的正上方，摄像头的拍摄角度与红外传感器的检测方向交叉重合，监控设备前方的影像；所述红外传感器的信号输出端连接摄像头的信号输入端，所述摄像头的信号输出端连接并控制交互设备的控制端。

一种近距离运动检测方法，包括以下步骤：

1）取当前摄像头拍摄图像，记为Pt₀；

2）红外传感器检测红外感测区域内是否有运动物体进入，如果有，跳转步骤4），如果没有，跳转步骤3）；

3）设置图像Pt₀为背景图片BPt；

4）摄像机连续取得三帧图像Pt₁、Pt₂和Pt₃；并将图片BPt、Pt₁、Pt₂和Pt₃灰度化，即将图像中的RGB像素点转换为YUV像素点，并提取Y分量，得到包含图像的亮度信息的背景亮度图像BPtY和三帧亮度图像Pt₁Y、Pt₂Y和Pt₃Y；

5）将得到的三帧亮度图像Pt₁Y、Pt₂Y和Pt₃Y分别与背景亮度图像BPtY做差，得到三个背景差值亮度图像DBPt₁Y、DBPt₂Y和DBPt₃Y；

6）统计三个背景差值亮度图像DBPt₁Y、DBPt₂Y和DBPt₃Y中差值大于差异阀值DT的像素点的个数，记为DBCnt₁、DBCnt₂和DBCnt₃；

7）判断是否均大于像素阀值PT，如果均大于，跳转步骤8），如果否，则认为没有检测到值得注意的物体运动或者物体还未完全进入镜头范围，返回步骤1）；

8）将第一帧亮度图像Pt₁Y与第二帧亮度图像Pt₂Y做差，得到第一帧和第二帧的帧间差值亮度图像DFP₁₂Y；将第二帧亮度图像Pt₂Y与第三帧亮度图像Pt₃Y做差，得到第二帧和第三帧的帧间差值亮度图像DFP₂₃Y；

9）对于以上两个帧间差值亮度图像DFP₁₂Y和DFP₂₃Y，统计两幅图像中所有大于差异阀值DT的像素点个数，记做DFCnt₁₂和DFCnt₂₃，对最终统计得出的像素点个数进行判断，如果它们均小于所规定的像素阀值PT，则认为是由于光线变化等原因造成的背景整体更新，返回步骤1）；如果它们均大于所规定的像素阀值PT，则认为检测到运动，交互设备开始工作。

本发明的优点是：在仅仅对近距离运动感兴趣的应用背景下，可以有效剔除远处背景的变化干扰，仅对红外传感器范围内的物体产生反应；同时克服了红外传感器无法甄别小物体与人体的缺点，降低了误报率；减少由于背景变化而造成误判的情况，对于人体近似匀速的运动特征有很好的辨识力，有效去除远处背景的扰动，降低误报率，可以使用在数字标牌系统中作为进入操作界面或者插播优先广告的触发条件。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明装置包括交互设备1、红外传感器2和摄像头3；所述红外传感器2设置在交互设备1上并在交互设备1前方形成半径为半米的扇形的红外感测区域；所述摄像头3设置在交互设备1的正上方，监控设备前方的影像；摄像头3的拍摄角度与红外传感器2重合。所述红外传感器2的信号输出端连接摄像头3的信号输入端，所述摄像头3的信号输出端连接并控制交互设备1的控制端，所述交互设备1为数字标牌。

如图2所示，在此场景中为了检测到从数字标牌面前走过的人，启动本发明方法，步骤如下：

1）取当前摄像头拍摄图像，定义参数t为当前时间节点，则当前时间节点下的图像为Pt₀，并同时检测红外传感器是否有信号，若无信号，则将当前图像Pt₀设置为背景图像BPt，继续进行步骤1）；若有信号，则取得连续三帧的图像，分别记为Pt₁、Pt₂、Pt₃，跳转到步骤2）。

2）为了简化运算，将彩色图像BPt、Pt₁、Pt₂、Pt₃进行灰度化，主要是通过将图像中的每一个点Pix（x,y）的RGB颜色表示转化为YUV颜色，并取得其中的Y分量（即亮度分量），公式如下：

其中Y(x,y)为图像中坐标为（x,y）处的亮度分量，R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）分别为图像中坐标为（x，y）处的R、G、B分量。

由以上公式对整个图像的每个点进行运算，可以得出BPt、Pt₁、Pt₂、Pt₃的亮度分量图像，记为BPtY、Pt₁Y、Pt₂Y、Pt₃Y。

3）将取得的每一图像与背景图像做差：

DBP_iY=|Pt_iY – BPtY|

式中：DBPiY为背景差值图像Y分量，PtiY为实时采集的动态图像Y分量，BPtY为背景图像Y分量，i = 1,2,3。

4）对于背景差值图像Y分量DBPiY(i = 1,2,3)中的每一点，如果其值大于某一个差异阀值DT，则增加变化的像素计数值DBCnti(i = 1,2,3)，否则不增加。对最终统计得出的DBCnti(i = 1,2,3)进行判断，如果DBCnti(i = 1,2,3)其中之一小于像素阀值PT，则认为没有检测到值得注意的物体运动或者物体还未完全进入镜头范围，返回步骤（1）；如果所有DBCnti(i = 1,2,3)大于像素阀值PT，有可能是光线突然变化或者有物体运动，则在步骤5）进一步判断。

5）将第一帧图像与第二帧图像做差，将第二帧图像与第三帧图像做差：

DFP₁₂Y=|Pt₁Y –Pt₂Y|

DFP₂₃Y=|Pt₂Y –Pt₃Y|

式中：DFP₁₂Y为第一帧和第二帧的帧间差值图像Y分量，DFP₂₃Y为第二帧和第三帧的帧间差值图像Y分量。

6）对于帧间差值图像Y分量DFP₁₂Y和DFP₂₃Y中的每一点，统计变化像素点。对最终统计得出的DFCnt₁₂和DFCnt₂₃进行判断，如果DFCnt₁₂和DFCnt₂₃均小于像素阀值PT，则认为由于光线变化等原因造成的背景整体更新，设置Pt₁为背景图像BPt，返回步骤（1）；如果DFCnt₁₂和DFCnt₁₂均大于像素阀值PT，则认为检测到人体运动，开始播放特定的节目；其他情况下，直接返回步骤（1）。

本发明在仅仅对近距离运动感兴趣的应用背景下，可以有效剔除远处背景的变化干扰，仅对红外传感器范围内的物体产生反应；同时克服了红外传感器无法甄别小物体与人体的缺点，降低了误报率；减少由于背景变化而造成误判的情况，对于人体近似匀速的运动特征有很好的辨识力。

Claims (1)

1.一种近距离运动检测方法，其特征是，使用的近距离运动检测装置包括交互设备、红外传感器和摄像头；所述红外传感器设置在交互设备上并在交互设备前方形成扇形的红外感测区域；所述摄像头设置在交互设备的正上方，摄像头的拍摄角度与红外传感器的检测方向交叉重合，监控设备前方的影像；所述红外传感器的信号输出端连接摄像头的信号输入端，所述摄像头的信号输出端连接并控制交互设备的控制端，检测方法包括以下步骤：

1）取当前摄像头拍摄图像，记为Pt₀；2）红外传感器检测红外感测区域内是否有运动物体进入，如果有，跳转步骤4），如果没有，跳转步骤3）；

3）设置图像Pt₀为背景图片BPt；

4）摄像机连续取得三帧图像Pt₁、Pt₂和Pt₃；并将图片BPt、Pt₁、Pt₂和Pt₃灰度化，即将图像中的RGB像素点转换为YUV像素点，并提取Y分量，得到包含图像的亮度信息的背景亮度图像BPtY和三帧亮度图像Pt₁Y、Pt₂Y和Pt₃Y；

5）将得到的三帧亮度图像Pt₁Y、Pt₂Y和Pt₃Y分别与背景亮度图像BPtY做差，得到三个背景差值亮度图像DBPt₁Y、DBPt₂Y和DBPt₃Y；

6）统计三个背景差值亮度图像DBPt₁Y、DBPt₂Y和DBPt₃Y中差值大于差异阀值DT的像素点的个数，记为DBCnt₁、DBCnt₂和DBCnt₃；

7）判断第6）步骤中的DBCnt₁、DBCnt₂和DBCnt₃是否均大于像素阀值PT，如果均大于，跳转步骤8），如果否，则认为没有检测到值得注意的物体运动或者物体还未完全进入镜头范围，返回步骤1）；

8）将第一帧亮度图像Pt₁Y与第二帧亮度图像Pt₂Y做差，得到第一帧和第二帧的帧间差值亮度图像DFP₁₂Y；将第二帧亮度图像Pt₂Y与第三帧亮度图像Pt₃Y做差，得到第二帧和第三帧的帧间差值亮度图像DFP₂₃Y；

9）对于以上两个帧间差值亮度图像DFP₁₂Y和DFP₂₃Y，统计两幅图像中所有大于差异阀值DT的像素点个数，记做DFCnt₁₂和DFCnt₂₃，对最终统计得出的像素点个数进行判断，如果它们均小于所规定的像素阀值PT，则认为是由于光线变化等原因造成的背景整体更新，返回步骤1）；如果它们均大于所规定的像素阀值PT，则认为检测到运动，交互设备开始工作。