CN108537815B - 一种视频图像前景分割方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种视频图像前景分割方法和装置，获取待分割图像和其深度信息；对图像进行预处理；对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；对重分类后的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割。本发明提出的方法充分利用视频图像所能提供的用于前景分割的信息，通过简单的计算，实现较高的分割准确性。

Description

一种视频图像前景分割方法和装置
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种视频图像前景分割方法和装置。
背景技术
目前，前景检测是机器视觉及图像处理的基本预处理，通过将待检测的图像与背景模型进行比较来检测前景是一种普遍使用并且有效的方法，在这一检测方法中，背景模型的准确程度将会直接影响到前景的检测结果，而环境光照等的变化，使得需要不断更新背景模型，背景模型更新的质量也严重影响到分割效果；而深度信息对图像光照变化不敏感，将深度信息应用到前景检测可获得较好的分割结果，例如对深度图进行k均值聚类及形态学操作；
但是目前的前景检测技术利用的图像信息单一，其分割精度受视频特点的影响，无法适应所有的视频图像的前景检测；而为了获得较高的分割准确性，往往设计了计算复杂度高的算法，交互繁琐。
发明内容
本发明提出一种视频图像前景分割方法及装置，用于解决上述现有技术中存在的问题。
一种视频图像前景分割方法：
步骤1：获取待分割图像和其深度信息；
步骤2：对图像进行预处理；
步骤3：对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
步骤4：利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；
步骤5：对步骤4获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割。
所述步骤4具体包括：
步骤4-1：对于前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
步骤4-2：对于背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
步骤4-3：对于不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
步骤4-4：重复步骤4-1---4-3，直至满足预设条件。
一种视频图像前景分割装置，包括以下模块：
信息获取模块：用于获取待分割图像和其深度信息；
预处理模块：用于对图像进行预处理；
初始分割模块：用于对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
重分类模块：用于利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；
分割模块：用于对重分类模块获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割。
其中重分类模块包括前景像素处理子模块、背景像素处理子模块、不确定像素处理子模块和判断子模块；
前景像素处理子模块：用于对前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
背景像素处理子模块：用于对背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
不确定像素处理子模块：用于对不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
判断子模块：用于判断是否满足预设条件，若否，则返回前景像素处理模块进行处理；
本发明提出的方法充分利用视频图像所能提供的用于前景分割的信息，通过简单的计算，实现较高的分割准确性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1所示的本发明的方法流程图：
步骤1：获取待分割图像和其深度信息；
待分割图像可以使视频监控设备获得的图像信息，可以利用双目成像原理，获取图像的深度信息；待分割图像也可以是有kinect直接获得彩色和深度图像。
步骤2：对图像进行预处理；
对图像的预处理可以包括对图像进行滤波平滑，去除图像噪声。
步骤3：对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
初始分割可以采用本领域公知的各种分割方法，如基于背景模型的分割、基于光流的分割等。
步骤4：利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；具体的重分类过程为：
步骤4-1：对于前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
优选的方式为：获取前景像素对应的深度信息，获取深度信息均值，并计算前景像素深度信息与均值的差值大小，按照深度差值大小将深度信息分为三类，将差值较小的一类仍划分为前景像素，将差值较大的一类重分类为背景像素，剩余的前景像素重分类为不确定像素。
步骤4-2：对于背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
优选的方式为：获取待处理图像背景像素颜色信息和前一帧图像对应像素处的颜色信息，当某像素的两种颜色信息的差值大于预设颜色阈值时，将该像素重分类为不确定像素。
步骤4-3：对于不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
步骤4-4：重复步骤4-1---4-3，直至满足预设条件。是否满足预设条件可以采用下列方式进行判断：
获取类别改变的前景像素数目与对应的分类前的前景像素数目之比；
获取类别改变的背景像素数目与对应的分类前的背景像素数目之比；
获取获取类别改变的不确定像素数目与对应的分类前的不确定像素数目之比；
将三种比值求平均值，将该平均值与预设比值阈值进行比较，如果小于设定比值阈值，则满足预设条件；如果大于设定比值阈值，进一步判断迭代次数是否达到上限。
步骤5：对步骤4获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割。
如图2所示的本发明的装置结构图，该装置包括信息获取模块、预处理模块、初始分割模块、重分类模块和分割模块。
信息获取模块：用于获取待分割图像和其深度信息；
预处理模块：用于对图像进行预处理；
初始分割模块：用于对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
重分类模块：用于利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；
分割模块：用于对重分类模块获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割。
其中重分类模块进一步包括前景像素处理子模块、背景像素处理子模块、不确定像素处理子模块和判断子模块；
前景像素处理子模块：用于对前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
优选地，前景像素处理子模块采用如下方式进行处理：获取前景像素对应的深度信息，获取深度信息均值，并计算前景像素深度信息与均值的差值大小，按照深度差值大小将深度信息分为三类，将差值较小的一类仍划分为前景像素，将差值较大的一类重分类为背景像素，剩余的前景像素重分类为不确定像素。
背景像素处理子模块：用于对背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
优选地，背景像素处理子模块采用如下方式进行处理：获取待处理图像背景像素颜色信息和前一帧图像对应像素处的颜色信息，当某像素的两种颜色信息的差值大于预设颜色阈值时，将该像素重分类为不确定像素。
不确定像素处理子模块：用于对不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
判断子模块：用于判断是否满足预设条件，若否，则返回前景像素处理模块进行处理；
优选地，所述判断子模块采用如下方式进行判断：
获取类别改变的前景像素数目与对应的分类前的前景像素数目之比；
获取类别改变的背景像素数目与对应的分类前的背景像素数目之比；
获取获取类别改变的不确定像素数目与对应的分类前的不确定像素数目之比；
将三种比值求平均值，将该平均值与预设比值阈值进行比较，如果小于设定比值阈值，则满足预设条件；
如果大于设定比值阈值，进一步判断迭代次数是否达到上限。
上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种视频图像前景分割方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：获取待分割图像和其深度信息；
步骤2：对图像进行预处理；
步骤3：对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
步骤4：利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；
步骤5：对步骤4获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割；
其中，步骤4具体包括：
步骤4-1：对于前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
步骤4-2：对于背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
步骤4-3：对于不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
步骤4-4：重复步骤4-1---4-3，直至满足预设条件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述步骤4-4采用如下方式进行判断：
获取类别改变的前景像素数目与对应的分类前的前景像素数目之比；
获取类别改变的背景像素数目与对应的分类前的背景像素数目之比；
获取获取类别改变的不确定像素数目与对应的分类前的不确定像素数目之比；
将三种比值求平均值，将该平均值与预设比值阈值进行比较，如果小于设定比值阈值，则满足预设条件；
如果大于设定比值阈值，进一步判断迭代次数是否达到上限。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤4-1进一步包括：获取前景像素对应的深度信息，获取深度信息均值，并计算前景像素深度信息与均值的差值大小，按照深度差值大小将深度信息分为三类，将差值较小的一类仍划分为前景像素，将差值较大的一类重分类为背景像素，剩余的前景像素重分类为不确定像素。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4-2进一步包括：获取待处理图像背景像素颜色信息和前一帧图像对应像素处的颜色信息，当某像素的两种颜色信息的差值大于预设颜色阈值时，将该像素重分类为不确定像素。
5.一种视频图像前景分割装置，其特征在于包括以下模块：
信息获取模块：用于获取待分割图像和其深度信息；
预处理模块：用于对图像进行预处理；
初始分割模块：用于对图像进行初始分割，将图像像素分为三种：前景像素、背景像素、不确定像素；
重分类模块：用于利用不同的图像信息，对前景像素、背景像素、不确定像素进行重分类；
分割模块：用于对重分类模块获得的图像进行二值化处理和形态学处理，得到前景图像区域模板，将该模板与所述待分割图像进行匹配，进行前景分割；
其中重分类模块包括前景像素处理子模块、背景像素处理子模块、不确定像素处理子模块和判断子模块；
前景像素处理子模块：用于对前景像素：进一步获取前景像素对应的深度信息，根据深度信息对前景像素进行分类，此时，部分前景像素被归为背景像素或不确定像素，并记录类别改变的前景像素数目；
背景像素处理子模块：用于对背景像素：进一步获取背景像素的颜色信息，根据颜色信息对背景像素进行分类，此时，部分背景像素被归为不确定像素，并记录类别改变的背景像素数目；
不确定像素处理子模块：用于对不确定像素：计算不确定像素的运动信息，与设定运动阈值进行比较，将运动信息大于设定运动阈值的像素重新分类为前景像素；
判断子模块：用于判断是否满足预设条件，若否，则返回前景像素处理模块进行处理。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中，所述判断子模块采用如下方式进行判断：
获取类别改变的前景像素数目与对应的分类前的前景像素数目之比；
获取类别改变的背景像素数目与对应的分类前的背景像素数目之比；
获取获取类别改变的不确定像素数目与对应的分类前的不确定像素数目之比；
将三种比值求平均值，将该平均值与预设比值阈值进行比较，如果小于设定比值阈值，则满足预设条件；
如果大于设定比值阈值，进一步判断迭代次数是否达到上限。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述前景像素处理子模块进一步包括：获取前景像素对应的深度信息，获取深度信息均值，并计算前景像素深度信息与均值的差值大小，按照深度差值大小将深度信息分为三类，将差值较小的一类仍划分为前景像素，将差值较大的一类重分类为背景像素，剩余的前景像素重分类为不确定像素。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述背景像素处理子模块进一步包括：获取待处理图像背景像素颜色信息和前一帧图像对应像素处的颜色信息，当某像素的两种颜色信息的差值大于预设颜色阈值时，将该像素重分类为不确定像素。
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