專利名稱：一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于在運(yùn)動(dòng)分割之后，把分割結(jié)果中斷開的物體邊界連接起來。本方法是我們最近所提出的基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法的后處理步驟，屬于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域。目前主要應(yīng)用于小區(qū)或賓館等公共場(chǎng)所的智能監(jiān)控系統(tǒng)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，今后還可進(jìn)一步用于其它民用或軍用監(jiān)視設(shè)施之中。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)分割的主要目的是為了準(zhǔn)確地得到攝像頭所拍攝的場(chǎng)景中正在運(yùn)動(dòng)的物體的輪廓或邊界，從而對(duì)該物體進(jìn)行跟蹤，或?qū)υ撐矬w的行為進(jìn)行識(shí)別，是目前智能監(jiān)控及安全監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前，由于良好的可靠性和算法的可擴(kuò)展性，人們廣泛地采用基于模型的分割方法作為運(yùn)動(dòng)分割的基本方法?；谀Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)分割方法的基本步驟一般是首先建立運(yùn)動(dòng)物體區(qū)域模型，然后需要通過統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，接著，再在參數(shù)估計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分割。目前而言，以上步驟是一個(gè)不斷地反復(fù)迭代過程，直到算法最后收斂?；谀Ｐ偷姆椒ㄖ?，模型參數(shù)的估計(jì)是一個(gè)迭代過程，這個(gè)過程通常有很大的計(jì)算量。而且，基于模型的方法需要對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行搜索，這一步驟也同樣意味著大的計(jì)算量，圖像尺寸越大，計(jì)算量就越大，同時(shí)這也意味著非常耗時(shí)。另外，基于模型的方法由于遮擋問題難以解決，所以往往不能夠給出精確的物體邊界。此外，基于模型的方法對(duì)光流場(chǎng)的計(jì)算準(zhǔn)確性要求較高，然而目前仍然缺少對(duì)光流場(chǎng)準(zhǔn)確性的驗(yàn)證方法。由于以上原因， 所以，到目前為止，基于模型的運(yùn)動(dòng)分割方法仍然不能達(dá)到實(shí)用性的要求。鑒于以上問題， 我們提出了一種全新的基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法，該方法仍然建立在運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，但是對(duì)光流場(chǎng)的準(zhǔn)確性要求不高，并且，不需要在整個(gè)圖像范圍內(nèi)進(jìn)行搜索估計(jì)，所以具有很快的運(yùn)算速度。另外，由于方法建立在邊界提取的基礎(chǔ)之上，所以能夠準(zhǔn)確地得到物體邊界，從而可以解決基于模型的方法中的遮擋問題。根據(jù)我們的方法，基于模型的運(yùn)動(dòng)分割所需的計(jì)算量極少，已經(jīng)可以向?qū)嵱眯赃~出一大步。我們所提出的基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法中的主要問題就是由于背景噪聲的存在，以及物體本身某些部位有時(shí)運(yùn)動(dòng)不明顯，從而使分割出來的物體邊界產(chǎn)生了不連續(xù)性。本專利的主要目的就是采用各種規(guī)則，將這些不連續(xù)的邊界連接起來，從而得到較為完整的運(yùn)動(dòng)物體邊界，同時(shí)，不能有太大的計(jì)算量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容是將基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法所得到的不連續(xù)邊界連接起來，從而獲得運(yùn)動(dòng)物體的較為完整的邊界，并且計(jì)算量不能太大。本發(fā)明的另一個(gè)內(nèi)容是，在連接邊界的基礎(chǔ)上，去除分割結(jié)果中由噪聲等因素引起的殘留邊界，同時(shí)也不需要太大的計(jì)算量，為基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法向?qū)嵱眯岳^續(xù)邁進(jìn)。在以上兩個(gè)內(nèi)容的配合使用下，所產(chǎn)生的有益效果是
1.能夠使運(yùn)動(dòng)分割過程迅速完成，并能夠得到相對(duì)完整的運(yùn)動(dòng)物體邊界；
2.將運(yùn)動(dòng)的物體與噪聲分離開來，從而使運(yùn)動(dòng)分割的結(jié)果不會(huì)受到噪聲的干擾；
3.由于分割過程非?？焖?，所以能夠?qū)⒈景l(fā)明初步用于智能監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)感興趣目標(biāo)的監(jiān)視跟蹤過程；
4.由于本發(fā)明是面向?qū)嵱玫?，從而為基于模型的運(yùn)動(dòng)分割方法在實(shí)用方面提供了一個(gè)可行的解決方案。本專利的具體實(shí)時(shí)方式如下
在以前的研究中，我們根據(jù)基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法，可以快速得到視頻序列中運(yùn)動(dòng)物體的邊界，如

圖1、2所示。由于世界上物體的運(yùn)動(dòng)往往不是剛體運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)某些部分有明顯運(yùn)動(dòng)時(shí)，其它的部分則有可能是不動(dòng)或僅僅作微小的運(yùn)動(dòng)，這就造成了對(duì)這部分的運(yùn)動(dòng)分割將不能得到物體邊界，也就是說，物體的運(yùn)動(dòng)分割邊界會(huì)在這里斷開。另外，由于各種噪聲的影響，還會(huì)在分割結(jié)果中出現(xiàn)一些不應(yīng)該出現(xiàn)的邊界，而這些邊界都與運(yùn)動(dòng)物體無關(guān)。在本發(fā)明中，我們主要致力于解決以上兩個(gè)問題。這兩個(gè)問題分別被示于圖2 中的圓圈I和圓圈2中。為了解決以上兩個(gè)問題，我們?cè)谶@里首先提出以下定義
(1)POB :斷掉的物體邊界上的像素；
(2)PBO :噪聲邊界像素；
(3)POB-邊界斷掉的邊界；
(4)PBO-邊界噪聲產(chǎn)生的邊界；
(5)P-邊界由基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法所得到的所有邊界。而本發(fā)明的目的就是在所有的P-邊界中，連接POB-邊界，并盡可能去除PBO-邊界。經(jīng)過大量的研究，我們發(fā)現(xiàn)，P-邊界應(yīng)具有以下特性
(1)PBO-邊界通常是一些短的、孤立的邊界；
(2)兩條相鄰的PBO-邊界的距離通常較長；
(3)POB-邊界通常較短；
(4)物體的“真正的”邊界往往較長；
(5)兩條“真正的”邊界之間的距離往往較短。在此，我們給出上文所述的“距離”的定義。由于我們的運(yùn)動(dòng)分割方法是建立在 Canny邊界算子的基礎(chǔ)上的，如圖I所示，所以，無論是PBO-邊界還是POB-邊界都屬于 Canny邊界。這樣，如果我們想要連接兩個(gè)位于邊界上的像素的話，我們就需要沿著Canny 邊界去連接它們。為此，我們定義邊界上兩個(gè)像素之間的“距離”為兩個(gè)位于邊界上的像素之間的Canny邊界上的像素的個(gè)數(shù)。我們稱這個(gè)“距離”為Canny-距離(或C-距離)。為了連接物體上的兩條斷開的邊界，我們還需要作如下定義當(dāng)有兩條斷開的邊界時(shí)，設(shè)其中一條邊界的長度為Hl1，另一條邊界的長度為Hl2，則這兩條邊界之間存在萬有引力G，G的值滿足如下公式(O
其中，g稱為萬有引力常數(shù)，d則為兩條邊界之間的C-距離。根據(jù)以上定義，我們就可以定義以下邊界連接規(guī)則
(1)對(duì)于兩條P-邊界，如果它們之間的C-距離小于閾值L，則它們應(yīng)該沿著Canny邊
界連接在一起；
(2)如果兩條P-邊界之間的距離大于閾值L，則應(yīng)該計(jì)算它們之間的萬有引力G。如果 G大于閾值GT，則它們之間相互吸引，應(yīng)該把它們沿著Canny邊界連接在一起；如果G小于閾值GT，則它們之間不能相互吸引，所以就不連接它們；
(3)對(duì)于所有已經(jīng)連接的邊界，如果其中一條的長度大于閾值LT，那么它應(yīng)該是一條POB-邊界，應(yīng)該把它保留下來；如果這條邊界的長度小于閾值LT，那么它應(yīng)該是一條 PBO-邊界，應(yīng)該把它丟棄。根據(jù)以上規(guī)則，我們就可以對(duì)運(yùn)動(dòng)分割的結(jié)果進(jìn)行連接了。但是，對(duì)于一些噪聲較大的情況，只是這樣單純的連接仍然會(huì)有一些PBO-邊界殘留下來。為了解決這一問題，我們提出了雙閾值分割方法。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分割的過程中，我們用以下公式來對(duì)邊界像素兩邊的區(qū)域運(yùn)動(dòng)的異同進(jìn)行檢測(cè)
A1)(2)
其中A1和A2分別為邊界兩邊區(qū)域的運(yùn)動(dòng)參數(shù)向量，M為加權(quán)矩陣。當(dāng)D(x, y)大于閾值 DK時(shí)，邊界屬于運(yùn)動(dòng)物體，否則，邊界屬于背景。這里，我們可以得到以下假設(shè)
如果一個(gè)邊界的量測(cè)D(x,y)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它邊界的量測(cè)，則這條邊界比其它邊界更可能屬于“真正的”邊界。我們稱這個(gè)假設(shè)為L-D假設(shè)。在本專利中，我們采用雙閾值分割方法,即設(shè)定兩個(gè)閾值DKH和DKL,用這兩個(gè)閾值對(duì)兩幀連續(xù)圖像各進(jìn)行一次分割。這樣，我們會(huì)得到兩個(gè)分割結(jié)果，用閾值DKH分割的結(jié)果稱為DKH邊界，用DKL分割的結(jié)果稱為DKL邊界。當(dāng)我們把DKH設(shè)定的較高時(shí)，根據(jù)L-D 假設(shè)，我們就可以得到以下結(jié)論所有的DKH邊界都是“真正的”邊界。這樣我們就可以發(fā)現(xiàn)DKH邊界的特點(diǎn)就是所有的邊界都是“真正的”邊界，而DKL邊界的特點(diǎn)則是所有的邊界都較長。這樣，在我們進(jìn)行連接時(shí)，我們用DKH邊界作為邊界連接的起點(diǎn)，而連接的過程則按照DKL邊界來進(jìn)行。這樣做的好處是首先最大可能地消除了 PBO像素，其次連接過程更加可靠。
權(quán)利要求
1.一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法，是我們所提出的基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割方法的圖像后處理方法；它通過我們所定義的三條連接規(guī)則和兩個(gè)基本定義，把分割圖像中被斷開的邊界沿著Canny分割邊界的路徑連接起來，同時(shí)能夠?qū)υ肼曀a(chǎn)生的誤分割邊界進(jìn)行一定的去除；三條連接規(guī)則分別為(I)對(duì)于兩條P-邊界，如果它們之間的 C-距離小于閾值L，則它們應(yīng)該沿著Canny邊界連接在一起；(2)如果兩條P-邊界之間的距離大于閾值L，則應(yīng)該計(jì)算它們之間的萬有引力G ;如果G大于閾值GT，則它們之間相互吸引，應(yīng)該把它們沿著Canny邊界連接在一起；如果G小于閾值GT，則它們之間不能相互吸引，所以就不連接它們；(3)對(duì)于所有已經(jīng)連接的邊界，如果其中一條的長度大于閾值LT， 那么它應(yīng)該是一條POB-邊界，應(yīng)該把它保留下來；如果這條邊界的長度小于閾值LT，那么它應(yīng)該是一條PBO-邊界，應(yīng)該把它丟棄；兩個(gè)基本定義分別是(I)Canny-距離；(2)邊界之間的萬有引力G。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法，提出了L-D 假設(shè)，并根據(jù)L-D假設(shè)，在連接過程中，采用了雙閾值分割方法，以進(jìn)一步避免噪聲的影響。
全文摘要
一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法。它是根據(jù)我們所定義的三條規(guī)則和兩個(gè)基本定義，將運(yùn)動(dòng)分割結(jié)果中的被斷開的邊界，沿著Canny邊界路徑連接起來的方法。該方法能夠使分割出來的分段的、不連續(xù)的物體邊界連接成為一個(gè)整體，并且不會(huì)有很大的計(jì)算量，有利于基于模型的運(yùn)動(dòng)分割向?qū)嶋H應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102592271SQ20121001170
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者吳曉青, 龍翔 申請(qǐng)人:吳曉青, 龍翔