CN1126373C - 轮廓追踪法 - Google Patents

Abstract

一个用于追踪视频信号的图象中的对象的轮廓的方法，此图象包含对象象素和背景象素，标记每个背景象素；检测轮廓象素；把轮廓象素分组从而提供轮廓象素的一个或更多的组，在一个组内的每个轮廓象素连接有相同背景标记的一个或更多的背景象素；并且在逐组进行的基础上追踪轮廓象素。

Description

轮廓追踪法

技术领域

本发明涉及用于抽取和追踪在视频信号中对象的轮廓的方法；并且更具体地是涉及以基于对象的背景信息追踪轮廓而能够精确和有效地追踪对应于此对象的轮廓的方法。

背景技术

在诸如电视电话、电话会议和高分辨电视系统等数字化电视播送系统中，由于在视频帧信号中的视频行信号包含一系列称为象素值的数字数据，需要大量的数字数据来确定各个视频帧信号，然而，由于传统的传输信道可用的频率带宽是有限的，为了通过它传输大量的数字数据，有必要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据的容量，尤其是在诸如电视电话和电话会议系统这类低位速率视频信号编码器中。

用于低位速率编码系统的这种视频信号编码技术之一是面向对象分析综合编码技术，其中输入的视频图象被分为对象而用于确定各对象的运动、轮廓和象素数据的三组参数通过不同的编码信道处理。

在处理对象轮廓中为了分析和综合对象的形状，轮廓数据很重要而轮廓数据通常是通过轮廓检测器检测在邻近象素值中的变化获得。

然而从这种传统追踪方法中得到的单个轮廓的轮廓数据可能有必要编码为多个可能彼此不能恰当关连的轮廓数据模式，尤其是当轮廓形状复杂的时候。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种轮廓追踪方法，该方法能够以根据对象的背景信息追踪轮廓而能够精确和有效地追踪对象的轮廓，从而把所有的轮廓象素互相关连在轮廓数据流中。

按照本发明，提供一个用于追踪视频信号的图象中对象的轮廓的方法，该图象包含对象象素和背景象素，包括的步骤为：

(a)标记每个背景象素，其中彼此邻接的背景象素用同一的背景标记加以标记，并且不同背景中的背景象素具有不同的标记；

(b)检测轮廓象素，其中每个轮廓象素是在其第一相邻象素中沿着水平与垂直方向具有一个或更多背景象素的对象象素；

(c)对轮廓象素加以分组从而提供多于一组的轮廓象素，在一个组内每个轮廓象素邻接一个或更多有相同背景标记的背景象素；及

(d)在逐组进行的基础上追踪轮廓象素，其中如果轮廓象素在其相邻的象素中包含不同背景标记的背景象素，则所述轮廓象素包含在对应于所述的不同背景标记的组内，以及其中追踪组内的轮廓象素的步骤是从与不同背景标记的所述背景象素相邻的轮廓象素开始的，其中所述的追踪步骤(d)包括步骤：(d1)选择一个第一标记的轮廓象素的一个组；(d2)在此组中选一个轮廓象素作为被追踪象素；(d3)在此被追踪象素的第一和第二相邻象素中计数第一标记的相邻轮廓象素的数目；(d4)如果这个数目大于1，标志此被追踪象素为分支象素，并且选择在步骤(d3)中，计数的相邻轮廓象素之一作为下一个被追踪象素，而如果这个数目是1，选择在步骤(d3)中计数的相邻轮廓象素作为下一个被追踪象素；以及(d5)对于下一个被追踪象素重复该步骤(d3)和(d4)，其中，在重复步骤(d3)时，包含在下一个被追踪象素的第一和第二相邻象素中的第一标记的被追踪象素不被认为是下一个被追踪象素的相邻轮廓象素。

附图说明

本发明的上述和其他目的和特性从以下与附图一并给出的最佳实施例的说明中可以一目了然，其中：

图1表示按照本发明的轮廓追踪装置的框图；

图2示出有两个分离对象的图象数据的例子，其中之一有内部背景和分支轮廓；

图3提供解释性的图解用以说明由图1所示的轮廓象素抽取块所作的轮廓象素的选择和其标记的确定；以及

图4A和4B描述用图1所示的轮廓象素追踪块所作的轮廓追踪方法的细节。

具体实施方式

在图1中示出了按照本发明的轮廓追踪装置10的框图。输入图象的视频信号馈入到轮廓象素抽取块12和背景标记块14。输入图象包括一个或更多对象和背景并且表示为例如位图的形式，其中对象象素和背景象素分别表示为例如1和0。在另一个例子中，可以构成位图使得全部背景象素以零值表示而对象象素有任何非零的值。在任何情况下，对象象素和背景象素可以用把它们每一个都与一个预定阈值例如0.5相比较面容易地彼此区别开来。

在背景标记块14那里，背景象素被标记使得彼此邻近的背景象素被赋有同一的背景标记。参看图2，其中说明有了有两个对象OB1和OB2的示范性的输入图象。按照本发明，在对象OB1和OB2外边的背景象素全部彼此互相连接。并且因此它们赋有例如标记BK1，同样地，在对象OB1里边的背景象素赋有BK2标记。对各个背景象素指明标记的背景象素信息馈入轮廓象素抽取块12。在图2中，圆圈(0)和/或叉(x)标明的象素例如从22到35表示将参照图3加以描述的轮廓象素

在轮廓象素抽取块12那里，响应输入图象和从背景标记块14馈来的背景象素信息，轮廓象素和它们的标记被确定并且轮廓象素信息输出到轮廓象素追踪块16，轮廓象素信息是表示确定了的轮廓象素的位置和标记的。轮廓象素的选择和其标记的确定是按照图3所描述的过程实行的。

参照图3，过程从步骤S32开始，其中选择构成对象OB1和OB2的对象象素之一作为要在下一步骤33被检验是否是一个轮廓象素的被扫描的对象象素。在本发明的最佳实施例中是假定输入图象的象素是长方形型式的，也就是说，象素有4个沿着水平和垂直方向和它相邻的第一相邻象素和4个沿着对角方向和它相邻的第二相邻象素。在确定轮廓象素中，测试被扫描的对象象素的这4个第一相邻象素中的任何一个是否是背景象素。如果被扫描的对象象素确定为非轮廓象素，也就是说，如果它的4个第一相邻象素都是对象象素，进程就进到步骤S37。另一方面，如果确定了被扫描的对象象素是轮廓象素，也就是说，如果它的4个第一相邻象素的一个或更多是背景象素，那么过程进到步骤S34。

在步骤S34，测试被扫描的对象象素是否只连接一个背景。换句话说，如果属于4个与被扫描的对象象素相邻的第一相邻象素的一个或更多的背景象素在步骤S34被发现是有同一的背景标记，进程进到步骤S35其中将一个单一标记赋予轮廓象素。例如，在图2示出的轮廓象素22、28、29、30、31、32、33、34、35在它们的第一相邻象素中有BK1标记的背景象素，并且，相应地，它们标记为例如CP-1轮廓象素。轮廓象素24赋予为CP-2轮廓象素因为它连接一个BK2背景象素。如果在步骤S34确定了轮廓象素在4个第一相邻象素中有多于一个的不同标记背景象素，这种轮廓象素例如在图2中示出的轮廓象素26就在步骤S36多重地标记为例如CP-1，2。在后续的步骤S37，测试有无未扫描的对象象素，并且，如果有的话，那么程序回到步骤S32以重复此程序直到全部对象象素都扫描过了。

回到图1，响应来自轮廓象素抽取块12的轮廓象素信息，轮廓象素追踪块16按照参照图4详细描述的本发明的最佳实施例追踪轮廓并且输出最后的轮廓图象到下一个处理器，例如轮廓编码器(未示出)用于在该处编码。

参见图4A和4B，描述了本发明的轮廓追踪法的细节。在步骤S41，在图1所示的轮廓象素抽取块中所确定的轮廓象素之一被选出并且在后续步骤S42选出的象素的标记之一被选中。也就是说，如果图2所示的轮廓象素22被选出，其标记CP-1即被选为追踪标记；并且如果多重标记轮廓象素26万一被选出，其标记之一CP-1或CP-2即被选为追踪标记。在下面的步骤S43，和选出象素具有同一追踪标记的相邻轮廓象素的数目就被计数，其中相邻轮廓象素表示包括在和选出的象素相邻的总数为8的第一和第二相邻象素中的轮廓象素。如果和具有选中的追踪标记的选出的象素相邻的轮廓象素的计数数目N大于1，在下一个步骤S44此选出的象素就标为分支象素而此后就跟入S45。在另一方面，如果该数目N等于1，进程直接进到步骤S45，而对于N＝0，进程进到步骤S48。

在步骤S45，选出的象素标明为被追踪象素，并且在后继步骤S46，表示被追踪象素位置的被追踪象素数据输出到下一个处理器例如上面提到的轮廓编码器(未示出)。其中被追踪象素数据构成从图1所示轮廓象素追踪块16生成的轮廓图象数据。此后，在步骤S47，或者是在N＞1的情况下，和被追踪象素相邻的轮廓象素之一，或者是在N＝1的情况下，被追踪象素仅有的相邻轮廓象素，就被选为下一次追踪的候补象素，而进程回到S43以候补象素作为选出的象素，其中选出的象素的追踪标记等于被追踪象素的追踪标记。应当注意，被追踪象素在步骤S43计数相邻轮廓象素数目中和在步骤S47选择相邻轮廓象素作为下一次追踪的候补象素中都是被排除在外的。

作为一个说明，如果假定图2中的轮廓象素22是首先选来启动上述的轮廓追踪过程轮廓象素22在步骤S44是登记为分支象素；而如果轮廓象素30在步骤S47选中为下一次追踪的候补象素，轮廓追踪就沿着对象OB1的周边的较低部分反时针方向地进行并且轮廓象素28在步骤S44标明为分支象素。此外，如果轮廓象素34在步骤S47在邻近分支象素28的轮廓象素31、34之间被选出，此后就沿着外部周边的较高部分追踪，终止于在步骤S47选定的外部周边的最后一个轮廓素35而留出轮廓象素31到33未被追踪。

再回来参考图4A和4B，和最后的轮廓象素35相邻的相邻轮廓象素的数目在步骤S43计数。由于它的未追踪相邻轮廓象素的数目N为零，进程进入步骤S48，其中检验在被追踪象素中有没有分支象素。在图2说明的解释性情况中，在步骤S48轮廓象素22与28被找出是分支象素，而在下一个步骤S49分支象素之一即轮廓象素22或28被选出。在下一步骤S50，在步骤S49选出的分支象素被检测其相邻轮廓象素的任何一个是不是在步骤S42中选出的具有追踪标记的未被追踪轮廓象素。如果符合步骤S50中规定的标准的邻近轮廓象素的数目N大于零，这种象素之一就新选为候补象素在步骤S47去追踪而程序回到步骤S43以该候补象素作为选出的象素。如果在步骤S50N＝1，在分支象素上的分支象素标志就在步骤S52加以消除使得该象素再也不会被认为是分支象素并且在下一步骤S47，在步骤S50计数的轮廓象素就新选中为候补象素去追踪而程序回到S43以候补象素作为选出的象素。对于在步骤S50 N＝0的情况，在步骤S49选出的分支象素在步骤S51失去其上的标志而进程回到步骤S48。按照上述程序，剩下的轮廓象素，即图2所示的31到33也都被追踪，并且在步骤S44中登记的全部分支象素都消除掉；所以，在步骤S48再也没有象素剩下以被选择而追踪进程进到步骤S53。

在步骤S53，检测已追踪的轮廓象素之中是否还有多重标记的轮廓象素。如果有，这种轮廓象素之一在步骤S54被选择。在下一步骤S55，迄今未选择去追踪的标记之一在选过的多重标记轮廓象素之中被选出。此后，在步骤S56，检测在已选出的多重标记轮廓象素的标记中是否还遗留未选的标记。如果已没有遗留的标记，也就是说，如果在步骤S55选出的标记是选出的多重标记轮廓象素的最后一个未选的标记，选出的多重标记轮廓象素的多重标记就在步骤S57消除掉使得它在步骤S53不再被当作多重标记轮廓象素，而进程回到步骤S43对于具有新选择的标记的轮廓象素执行轮廓追踪。如果在步骤S56发现还遗留有未经选择的标记，进程直接进到S43。用执行上述的进程，邻近图2所示的BK2的轮廓象素可以被追踪。例如，假定多重标记轮廓象素26在步骤S54被选出，然后其CP-2标记又在此后的步骤S55被选出。由于CP-1，2标记在先前的步骤S42和S55中已经被选出，在步骤S57轮廓象素26的多重标记就被消除，并且CP-2轮廓象素的轮廓追踪就从步骤S43开始执行。在对新选的标记追踪轮廓象素中，不考虑在前面选择的标记的轮廓追踪中在步骤S54上实行的追踪象素标志。在与上述相同的方式中，图2示出的有CP-2标记的打圆圈的象素被追踪而多重标记轮廓象素包括轮廓象素26则被追踪两次。在追踪了全部新选标记的轮廓象素和消除了多重标记轮廓象素的多重标记之后，在步骤S53确定在已追踪轮廓象素中再也没有遗留多重标记轮廓象素。在这样的情况下，在下一步骤S58，检测是否还遗留有未经追踪的轮廓象素。对于图2所示的输入图象，对象OB2的轮廓象素尚未追踪，因此，进程回到步骤S41按照上述方式追踪对象OB2的轮廓象素。在完成了对象OB2的轮廓追踪之后，再也没有遗留的轮廓象素需要追踪而轮廓追踪过程就在此结束。

虽然本发明已经对特殊实施例加以描述，显然对熟悉此项技术的人来说仍可作出种种变化和修改而不脱离为以下权利要求书所界定的本发明的范围。

Claims (8)

1、一个用于追踪视频信号的图象中对象的轮廓的方法，该图象包含对象象素和背景象素，包括的步骤为：

(a)标记每个背景象素，其中彼此邻接的背景象素用同一的背景标记加以标记，并且不同背景中的背景象素具有不同的标记；

(b)检测轮廓象素，其中每个轮廓象素是在其第一相邻象素中沿着水平与垂直方向具有一个或更多背景象素的对象象素；

(c)对轮廓象素加以分组从而提供多于一组的轮廓象素，在一个组内每个轮廓象素邻接一个或更多有相同背景标记的背景象素；以及

(d)在逐组进行的基础上追踪轮廓象素，

其中如果轮廓象素在其相邻的象素中包含不同背景标记的背景象素，则所述轮廓象素包含在对应于所述的不同背景标记的组内，以及

其中追踪组内的轮廓象素的步骤是从与不同背景标记的所述背景象素相邻的轮廓象素开始的，

其中所述的追踪步骤(d)包括步骤：

(d1)选择一个第一标记的轮廓象素的一个组；

(d2)在此组中选一个轮廓象素作为被追踪象素；

(d3)在此被追踪象素的第一和第二相邻象素中计数第一标记的相邻轮廓象素的数目；

(d4)如果这个数目大于1，标志此被追踪象素为分支象素，并且选择在步骤(d3)中，计数的相邻轮廓象素之一作为下一个被追踪象素，而如果这个数目是1，选择在步骤(d3)中计数的相邻轮廓象素作为下一个被追踪象素；以及

(d5)对于下一个被追踪象素重复该步骤(d3)和(d4)，其中，在重复步骤(d3)时，包含在下一个被追踪象素的第一和第二相邻象素中的第一标记的被追踪象素不被认为是下一个被追踪象素的相邻轮廓象素。

2、一个用于追踪视频信号的图象中对象的轮廓的方法，其中该图象包含有长方形模式的对象象素和背景象素，在长方型模式中的一个象素具有沿着水平方向和垂直方向的4个第一相邻象素和沿着对角方向的4个第二相邻象素，包括步骤为：

(a)把背景象素分为一个或更多的背景象素组；

(b)赋与一个组内的每个背景象素一个标记，其中在不同组内的背景象素有不同的标记；

(c)检测每个对象象素的第一相邻象素中是否包含一个或更多背景象素；

(d)如果该每个对象象素在其第一相邻象素之中包含一个或更多背景象素，就确定每个对象象素为一个轮廓象素；

(e)赋予每个轮廓象素以对应于该一个或更多背景象素的标记；

(f)把轮廓象素分组从而提供多于一组的轮廓象素，在一个组内的轮廓象素具有相同的标记；以及

(g)在逐组进行的基础上根据第一和第二相邻象素来追踪轮廓象素，

其中，在所述的步骤(e)中，如果多个标记被分配给一个轮廓象素，则该多个标记的轮廓象素包含在对应于该多个标记的轮廓象素组中；

其中所述的追踪步骤(g)包括步骤：

(g1)选择一个第一标记的一组轮廓象素；

(g2)在此组中选一个轮廓象素作为被追踪象素；

(g3)在此被追踪象素的第一和第二相邻象素中计数第一标记的相邻轮廓象素的数目；

(g4)如果这个数目大于1，标志此被追踪象素为分支象素，并且选择在步骤(g3)中计数的相邻轮廓象素之一作为下一个被追踪象素，而如果这个数目是1，选择在步骤(g3)中计数的相邻轮廓象素作为下一个被追踪象素；以及

(g5)对于下一个被追踪象素重复该步骤(g3)和(g4)，其中，在重复步骤(g3)时，包含在下一个被追踪象素的第一和第二相邻象素中的第一标记的被追踪象素不被认为是下一个被追踪象素的相邻轮廓象素。

3、根据权利要求2的方法，其中该追踪步骤(g)在步骤(g5)之后还包含以下步骤：

(g6)如果此数目是零，选择相邻轮象素之一，如果有的话，作为下一个被追踪象素；以及

(g7)重复该步骤(g5)和(g6)直到第一标记的全部轮廓象素都追踪过了。

4、根据权利要求3的方法，其中该追踪步骤(g)在步骤(g7)之后还包含以下步骤：

(g8)选择下一个标记的轮廓象素的组，如果有的话；

(g9)对于在步骤(g8)中选出的组重复该步骤(g2)到(g8)直到对象的全部轮廓象素都追踪过了。

5、根据权利要求4的方法，其中具有第一标记和第二标记的轮廓象素是在步骤(g2)中为下一个标记而选作被追踪象素。

6、根据权利要求1的方法，其中所述的追踪步骤(d)在步骤(d5)之后进一步包括

(d6)如果该数目为零，选择相邻的轮廓象素之一作为下一个轮廓象素；以及

(d7)重复所述的步骤(d5)和(d6)，直到跟踪完第一标记的所有轮廓象素。

7、根据权利要求6的方法，其中所述的追踪步骤(d)在步骤(d7)之后进一步包括：

(d8)选择下一标记的一组轮廓象素；

(d9)相对于在步骤(d8)中选择的组重复所述的步骤(d2)到(d8)，直到该对象的所有轮廓象素被跟踪。

8、根据权利要求7的方法，其中具有第一与下一标记的轮廓象素被选择为步骤(d2)中针对下一标记的跟踪象素。

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