CN113744137A - 一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请在现有技术方法的基础上，提出了一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法。通过对某一时间段内的局部帧差进行滑动平均，可以减小全局帧差波动干扰，增加检测准确度。所述方法包括以下步骤：S1.参数初始化，包括：背景初始化，创建分块帧差缓存空向量；S2.计算分块帧差：将每帧图像等分成16区域，分别统计各个区域内帧差图像中非零像素点的总数，即各个分块的帧差特征，并进行归一化；S3.分块帧差重排序；S4.缓存分块帧差；S5.帧差平滑。

Description

一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法。

背景技术

目前，车内监控画面主要基于背景帧差来实现遮挡检测，由于车内环境复杂，车内监控画面的背景帧差易受乘车人员增减、活动，车窗外光线、景物变化等因素影响，而且车辆行驶过程中，不可避免的产生画面抖动；这些都会导致背景帧差一直处于波动状态，给遮挡检测带来了很大的不确定性。因此，统计某一时间段内的帧差，通过加权平均的方法进行平滑是一种有效的排除干扰的方法。

然而，现有技术中存在以下的缺陷：某一帧图像的全局帧差受环境等因素影响波动大，对遮挡检测结果干扰大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于：本申请在现有技术方法的基础上，提出了一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法。通过对某一时间段内的局部帧差进行滑动平均，可以减小全局帧差波动干扰，增加检测准确度。

具体地，本发明提供一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，所述方法包括以下步骤：

S1.参数初始化，包括：背景初始化，创建分块帧差缓存空向量D；

S2.计算分块帧差：

将每帧图像分成16区域，分别统计各个区域内帧差图像中非零像素点的总数，即各个分块的帧差特征，并进行归一化，计算方法如公式(1)所示；

其中，k＝1，2，3……16；k表示区域号，d_k表示区域k的归一化分块帧差特征；

S3.分块帧差重排序：

当i＝i₀时，原排序为：

对应16个分块区域按照从上至下、从左至右的规则进行帧差数值排序；

按螺旋矩阵对

进行分块帧差重排序，其结果如公式(2)所示：

公式(2)：

S4.缓存分块帧差：

S4.1求分块帧差缓存向量大小，即缓存了多少帧的分块帧差；

S4.2如果分块帧差缓存向量大小大于或等于16，表示缓存已满，需要先删除向量头部存储的分块帧差

然后在向量尾部存入当前帧图像的分块帧差

否则，表示缓存未满，直接在尾部存入当前帧图像的分块帧差；当缓存向量满存时，其缓存的16帧分块帧差可表示为：

S5.帧差平滑：

S5.1等权重平滑：

按照公式(3)计算缓存的16帧帧差等权重均值；

其中：D[i_t][16-t]表示第i_t帧图像第16-t块螺旋矩阵帧差，其中0≤t≤15；

S5.2不等权重平滑：

按照公式(4)计算缓存16帧帧差不等权重均值；

其中：w为权重向量，满足

所述将每帧图像分成16区域为等分；也可以不等分，即进行不规则的区域划分。

S3中分块帧差重排序的结果，具体排序方式为：在数组中按照螺旋形态从16块的中间按序号大小依次排列，从1开始，在所述帧差数值排序中找到对应位置的帧差数值依次放到向量

中。

S4.2，当缓存向量满存时，其缓存的16帧分块帧差可表示为：

其中

即：D[i₀][1]＝d₇，D[i₀][2]＝d₁₁，······，D[i₀][16]＝d₁，其他时刻同理亦然。

S5.2中，考虑到越接近当前帧时刻的帧差权重越大，因此本方法中设定权重函数条件需要满足公式(5)；

w[i]＜w[i+1]其中，0≤i≤14 公式(5)。

由此，本申请的优势在于：通过对某一时间段内的局部帧差进行滑动平均，可以减小全局帧差波动干扰，增加检测准确度，提高了车内监控画面检测的确定性，方法简单。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

图1是本发明方法中将每帧图像等分成16区域的示意图。

图2是本发明方法中数组中按照螺旋形态按序号依次排列的示意图。

图3是本发明方法中每一帧图像取其中某一块的帧差，16帧分别取不同区域，最后组成一个完整的帧差图。

图4是本发明方法中将每帧图像不等分成16区域的示意图。

图5是本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容及优点，现结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图5所示，本发明涉及一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，所述方法包括以下步骤：

S1.参数初始化，包括：背景初始化，创建分块帧差缓存空向量D；

S2.计算分块帧差：

按图1所示，将每帧图像等分成16区域(也可以不等分，即进行不规则的区域划分，如图4所示)，分别统计各个区域内帧差图像中非零像素点的总数，即各个分块的帧差特征，并进行归一化，计算方法如公式(1)所示；

其中，k＝1，2，3...16；k表示区域号，d_k表示区域k的归一化分块帧差特征；

S3.分块帧差重排序：

当i＝i₀时，原排序为：

对应16个分块区域按照从上至下、从左至右的规则进行帧差数值排序；

按螺旋矩阵对

进行分块帧差重排序，其结果如公式(2)所示：

公式(2)：

在附图2的数组中按照序号大小，从1开始，在附图1中的找到对应位置的帧差数值依次放到向量中；

S4.缓存分块帧差：

S4.1求分块帧差缓存向量大小，即缓存了多少帧的分块帧差；

S4.2如果分块帧差缓存向量大小大于或等于16，表示缓存已满，需要先删除向量头部存储的分块帧差

然后在向量尾部存入当前帧图像的分块帧差

否则，表示缓存未满，直接在尾部存入当前帧图像的分块帧差；当缓存向量满存时，其缓存的16帧分块帧差可表示为：

其中

即：D[i₀][1]＝d₇，D[i₀][2]＝d₁₁，······，D[i₀][16]＝d₁，其他时刻同理亦然；

S5.帧差平滑：

S5.1等权重平滑：

按照公式(3)计算缓存的16帧帧差等权重均值；

其中：D[i_t][16-t]表示第i_t帧图像第16-t块螺旋矩阵帧差，其中0≤t≤15；

S5.2不等权重平滑：

按照公式(4)计算缓存16帧帧差不等权重均值；

其中：w为权重向量，满足

考虑到越接近当前帧时刻的帧差权重越大，因此本方法中设定权重函数条件需要满足公式(5)；

w[i]＜w[i+1]其中，0≤i≤14 公式(5)。

如图3所示，每一帧图像取其中某一块的帧差，16帧分别取不同区域，最后组成一个完整的帧差图。其中帧差的组合过程可以认为是步骤5中帧差平滑处理过程，图3中白色区域表示权重为0，灰色区域表示图像帧中在组合帧差图时的有效区域；如果采用等权重帧差平滑，可认为灰色部分所有权重相等，如果采用不等权重平滑，则灰色的深浅表示权重的大小，颜色越深，表示权重越大，也就是缓存中越接近当前时刻的图像帧。可以看出，采用螺旋矩阵式的帧差平滑方法，不仅在时间轴上对图像帧差进行了滑动平均处理，而且在图像平面内对帧差也进行了一次区域滑动平均。

如图3所示，如果采用不等权重平滑，各区域的帧差重要性为：例如汽车位置中：右侧司机>左侧副驾>四周区域，且缓存中距离当前时刻越久的图像帧差重要性越低，即当前帧图像的右侧司机区域帧差权重越大，按螺旋矩阵式权重慢慢降低，至缓存第一帧(距离当前帧的前第15帧图像)左上角边缘区域帧差权重越小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.参数初始化，包括：背景初始化，创建分块帧差缓存空向量D；

S2.计算分块帧差：

将每帧图像分成16区域，分别统计各个区域内帧差图像中非零像素点的总数，即各个分块的帧差特征，并进行归一化，计算方法如公式(1)所示；

其中，k＝1，2，3······16；k表示区域号，d_k表示区域k的归一化分块帧差特征；

S3.分块帧差重排序：

当i＝i₀时，原排序为：

对应₁₆个分块区域按照从上至下、从左至右的规则进行帧差数值排序；

按螺旋矩阵对

进行分块帧差重排序，其结果如公式(2)所示：

公式(2)：

S4.缓存分块帧差：

S4.1求分块帧差缓存向量大小，即缓存了多少帧的分块帧差；

S4.2如果分块帧差缓存向量大小大于或等于16，表示缓存已满，需要先删除向量头部存储的分块帧差

然后在向量尾部存入当前帧图像的分块帧差

否则，表示缓存未满，直接在尾部存入当前帧图像的分块帧差；当缓存向量满存时，其缓存的16帧分块帧差可表示为：

S5.帧差平滑：

S5.1等权重平滑：

按照公式(3)计算缓存的16帧帧差等权重均值；

其中：D[i_t][16-t]表示第i_t帧图像第16-t块螺旋矩阵帧差，其中0≤t≤15；

S5.2不等权重平滑：

按照公式(4)计算缓存16帧帧差不等权重均值；

其中：w为权重向量，满足

2.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，S2中所述将每帧图像分成16区域为等分；也可以不等分，即进行不规则的区域划分。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，S3中分块帧差重排序的结果，具体排序方式为：在数组中按照螺旋形态从16块的中间按序号大小依次排列，从1开始，在所述帧差数值排序中找到对应位置的帧差数值依次放到向量

中。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，S4.2，当缓存向量满存时，其缓存的16帧分块帧差可表示为：

其中

即：D[i₀][1]＝d₇，D[i₀][2]＝d₁₁，······，D[i₀][16]＝d₁，其他时刻同理亦然。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，S5.2中，考虑到越接近当前帧时刻的帧差权重越大，因此本方法中设定权重函数条件需要满足公式(5)；

w[i]＜w[i+1]其中，0≤i≤14 公式(5)。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，所述方法还包括将每一帧图像取其中某一块的帧差，16帧分别取不同区域，最后组成一个完整的帧差图，其中帧差的组合过程被认为是步骤S5中帧差平滑处理过程。

7.根据权利要求1所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，S5中如果采用不等权重平滑，缓存中距离当前时刻越久的图像帧差重要性越低，各区域的帧差重要性按螺旋矩阵式权重降低，至缓存第一帧左上角边缘区域帧差权重越小。

8.根据权利要求7所述的一种螺旋矩阵式的帧差平滑处理方法，其特征在于，所述缓存第一帧为距离当前帧的前第15帧图像。

Images