《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種新型移動物體檢測及背景建模系統(tǒng)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第1期
葛海淼1， 戴學(xué)豐1， 王成琳2
1. 齊齊哈爾大學(xué) 計算機(jī)與控制工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾161006； 2. 齊齊哈爾大學(xué) 通信與電子工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾161006
摘要： 幀差法和背景減除法是目前應(yīng)用較廣的移動物體檢測方法。針對背景建模中經(jīng)常出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象，結(jié)合幀差法提出了一種新的移動物體檢測系統(tǒng)，并就該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性進(jìn)行了深入分析，提出了一種實時幀保存算法。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很好地抑制“拖尾”效應(yīng)，并為其他算法在該系統(tǒng)上的應(yīng)用提供了更好的基礎(chǔ)條件。
中圖分類號: TP391.41
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號： 0258-7998(2013)01-0069-03
A new mobile object detection and background modeling system
Ge Haimiao1, Dai Xuefeng1, Wang Chenglin2
1. College of Computer and Control Engineering, Qiqihaer University, Qiqihaer 101006, China; 2. Communication and Electronic Engineering Institute, Qiqihar University, Qiqihaer 161006, China
Abstract： Frame difference and background subtraction method are wide used moving object detection method. In connection with shortcoming of the “tail” phenomenon in background modeling, this paper represents a new object detecting system with a new moving object detection algorithm , and represents a real-time frame saving algorithm to expand the scalability of the system. The experimental results indicate that this paper’s algorithm can inhibit the “tail” effect and the scalability is expanded.
Key words : video capture; moving object detection; background modeling

    多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展給人們的生活帶來了很多的便利，在很多工程應(yīng)用設(shè)計中，會涉及到大量的圖像捕捉與圖像處理的問題，如防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計、交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計等，這些系統(tǒng)在某些程度上代替了人的重復(fù)勞動，在實際工作中都有十分重要的實用價值[1-4]。筆者對計算機(jī)視覺技術(shù)及算法進(jìn)行了深入研究，并開發(fā)了一種新型的移動物體檢測及背景更新系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)裝置
    系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的創(chuàng)新性，適合于室內(nèi)及室外光線變化率不強(qiáng)烈的環(huán)境。硬件裝置具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝等特點，使用靈敏度高、抗強(qiáng)光、體積小的CCD攝像頭，CPU為Intel Pentium 4, 內(nèi)存1 GB，硬盤80 GB的計算機(jī)(或筆記本電腦)。CCD攝像頭與計算機(jī)相連,固定在觀察者位置即可。系統(tǒng)裝置圖如圖1所示。

2 算法
2.1 幀差法與背景更新相結(jié)合算法分析
    幀差法是一種在實際應(yīng)用中經(jīng)常使用的運動目標(biāo)檢測方法。該方法算法簡單，運算速度快，非常適合實時性檢測要求較高的場合。但幀差法對于圖像的噪聲(電子噪聲、顆粒噪聲等)及攝像機(jī)的抖動比較敏感，個別像素可能因此而劇烈變化從而造成誤判的發(fā)生。另外，如果移動物體移動速度過慢，有可能檢測不到移動物體。
    背景減除法的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確地提取出背景，并且當(dāng)背景發(fā)生改變時，能及時地更新背景，其優(yōu)勢在于對移動目標(biāo)的準(zhǔn)確判斷。但是背景更新是一個學(xué)習(xí)的過程，有時間延遲，另外，由于學(xué)習(xí)過程中包含移動物體信息，經(jīng)常有“拖尾”現(xiàn)象發(fā)生，影響結(jié)果的精度。如何去除“拖尾”現(xiàn)象，李宏研[5]等提出一種相關(guān)矩陣判別法，但是運算較復(fù)雜；陳利平[6]等提出多幀加權(quán)的方法，運算也較復(fù)雜，結(jié)果對環(huán)境的依賴較大。本文提出一種幀差法與反饋背景更新結(jié)合算法,試圖緩解“拖尾”現(xiàn)象。


    TH1的值一般為20~30之間。TH2的值與TH1相同。由于p1的作用是判定學(xué)習(xí)回歸，所以TH3的值不宜過大，一般在0.01~0.05之間。TH4的作用是抑制圖像強(qiáng)烈變化時的無用更新，一般在0.5~0.7之間。TH5的作用是判定移動物體響應(yīng)程度,一般在0.05~0.1之間。
2.2 程序可擴(kuò)展性算法分析
    對于不同的移動物體檢測算法，其對系統(tǒng)提供的時序幀要求也不同，比如上文提到的幀差法，有二幀差法、三幀差法、四幀差法；對于背景建模算法，迭代法只要求當(dāng)前幀，反饋背景更新算法則要求有當(dāng)前幀和前一幀圖像，參考文獻(xiàn)[6]中提到的多幀加權(quán)算法要求至少有包括當(dāng)前幀在內(nèi)的之前5幀圖像，這就需要系統(tǒng)提供足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而對于實時系統(tǒng)而言，為了保證系統(tǒng)的可持續(xù)性和實時性，通常只將當(dāng)前幀保存在內(nèi)存中，這就限制了其他算法在該系統(tǒng)上的應(yīng)用。為了保持系統(tǒng)的可持續(xù)性并保證多種算法可以在一個系統(tǒng)中運行，本系統(tǒng)采用了時序調(diào)用的方法，將當(dāng)前幀以及之前一段時間內(nèi)的所有時序幀可控地保存在硬盤上，以備其他算法調(diào)用，并始終維持這一狀態(tài)，以保持系統(tǒng)的可持續(xù)性。
    本系統(tǒng)中采用Ontimer()方法實時采集視頻幀，并在采集當(dāng)前幀后把它保存到硬盤上，通過累加計數(shù)的方式控制保存幀的個數(shù)。當(dāng)保存幀數(shù)超過某個控制值時，從之前的第一幀開始依時間順序刪除前面的幀，并持續(xù)下去，這樣在系統(tǒng)運行的整個過程中始終有一定數(shù)量的幀可供調(diào)用。當(dāng)系統(tǒng)結(jié)束運行時，用OnCancel()方法將這些中間變量刪除。對于用戶而言，保存幀后刪除幀的動作是不可見的，但用戶在系統(tǒng)運行過程中可以調(diào)用控制值以內(nèi)的任意幀。
    (1)判斷保存路徑是否存在，如果存在則保存幀，否則創(chuàng)建保存路徑；
    (2)用capFileSaveDIB（）方法保存幀并計數(shù)；
    (3)判斷幀的數(shù)量，如果大于10（可根據(jù)需要改變），則刪除第一幀；
    (4)判斷終止條件是否滿足，滿足則刪除所有幀，刪除當(dāng)前目錄，否則返回第(2)步。
2.3 算法流程
    本文算法流程圖如圖2和圖3所示。

3 程序測試及結(jié)果分析
3.1 幀差法與背景更新相結(jié)合算法的具體實現(xiàn)和效果
    在系統(tǒng)測試過程中，設(shè)置4個窗口，分別為左上原始視頻，右上背景減除法，左下迭代法背景更新算法，右下本文提出算法的運行效果，可以看出，新背景更新算法抑制了“拖尾”現(xiàn)象。演示效果如圖4所示。

 

 

3.2 擴(kuò)展幀保存算法的測試
    本算法主要實現(xiàn)保存實時幀到硬盤上，并保持一定的數(shù)量持續(xù)更新實時幀，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)束運行后，刪除這些實時幀，并刪除保存位置的文件夾。
    當(dāng)系統(tǒng)運行后，在D盤位置會新建一個名為pic的文件夾，實時幀就保存在這個文件夾里。系統(tǒng)結(jié)束后，幀和目錄同時被刪除。
    本文介紹了一種新型的移動物體檢測及背景更新系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一種新型幀差法和反饋背景更新相結(jié)合的算法作為背景更新算法，并在系統(tǒng)中對時序幀的生成和調(diào)用方法進(jìn)行了改進(jìn)。實驗結(jié)果表明，該算法能夠有效去除“拖尾”效應(yīng)，并且該系統(tǒng)的實時幀保存算法能夠有效地適應(yīng)大多數(shù)算法在該系統(tǒng)上的應(yīng)用。該系統(tǒng)沒
有對視頻進(jìn)行前期處理，下一步將主要研究視頻的前期處理工作，以達(dá)到提高精度的目的。
參考文獻(xiàn)
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