自动目标检测算法研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇自动目标检测算法研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：智能视频监控通过使用图像处理和计算机视觉等处理方法，能够对动态场景信息进行检测、分析、识别、跟踪，以此分析观察目标的行为。自动目标检测是指从视频中自动检测运动物体的技术，它是视频监控研究的重点内容。自动运动目标检测技术主要有三类：光流法、删减背景法以及帧差法，本文重点介绍关于运动目标自动检测算法的相关研究。

关键词：自动检测 运动捕获 目标跟踪

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

随着互联网的快速发展，计算机以广泛应用到多个领域，如文本处理，图像处理、音频视频信息处理等[1]。视频信息通过具有大量的数据，无法通过人工方式进行处理，迫切需要使用计算对其进行自动地分析处理。智能视频监控就是对计算机视频数据进行处理的一个重要应用方向。通常来说，视频监控系统主要用于各种安全保护、交通调度、信息追踪等方面，广泛应用于社会各个领域，为人么日常的社会生活提供更加便捷安全的环境，例如：交通视频监控、高速路自动收费、远程教育以及一些特殊的安全保障[2]。

视频图像中数据量过大，计算机无法对视频中所有信息进行处理，只能够对某些运动的物体感兴趣，例如运功的汽车，步行的人群等。而对于静止物体关注程度较低，因为它们通常不包含有用的信息。

1 光流法原理

光流是指在三维空间中运动物体在其观测平面上像素运动瞬时的速度场，是运动场景中的可见点的三维速度矢量在平面上的投影。因此，物体大量的运动信息可以通过光流形式展现，物体不同时刻的运行情况被表达出来。

光流法是一种二维估算方法，其主要是基于下述两个基本假设下提出的：（1）图像上不同像素点之间存在联系并不相互独立，且邻近像素的灰度有关联关系，此外光流在整体图像中是平滑变化的。（2）图像中像素点在任意时刻的亮度值在很小的时间间隔内恒定不变。

假定时间 ，图像中的一个像素点 的灰度值为 ，在时间间隔 后，该点移动至位置 ，灰度值变为 。根据上述假设，像素点在时间间隔 内，灰度值恒定：

此外，像素点在图像中是平滑办法的，则上式可用Taylor Expansion展开：

2 删减背景法原理

删减背景法是指通过比较当前帧和图像背景的差异，对结果进行处理得到运动目标的方法。在该方法中目标背景建模和更新是能否识别运动目标的关键。通常情况，摄像机并不会移动，其拍摄背景固定不变，因此该方法能够完整提取目标的运动区域。但是当场景中存在变化的背景情况时，将不能得到精确的运动目标检测。

背景构建更新方法，首先假设 是视频图像中 时刻的图像信息， 时刻图像背景定义为 ， 时刻差分图像为：

将 进行阈值处理，可以提取运动目标的二值图像 ，公式如下：

删减背景法在背景已知且固定不变的情况下，能够精确的检测运动目标运动轨迹。该方法成功的核心是是否能够合理的提取背景，如果背景图像无法反应实际的背景变化情况，则该方法的检测结果较差。几种常见的背景建立方法：（1）均值过滤法。该方法重点考虑背景的轻微变动，缓存时刻 前后 帧视频图像像素位置，计算像素均值作为背景图像中像素位置。但是该方法对内存要求较大，只能使用规模运动目标的识别。（2）基于码本法。码本法是指通过对视频图像序列进行观察，利用聚类的方法构建背景模型。通常码本并不一定满足某些数学分别。在检测目标时，需要将帧中每个像素点和背景中对应码本比较，满足一下两规则即可：像素颜色与码字的失真程度小于某阈值；像素亮度在该码字亮度区域内。（3）隐马尔科夫方法。其是为了处理场景光照的异常行为。例如：电灯开关、雷电、晴阴交替出现等等。它的基本原理是将这些现象看做离散的集合状态，使用三状态隐马尔科夫模型对像素建模，三状态分别对应阴影、背景和前景。

3 帧差法原理

帧差法是指通过计算运动物体近邻帧之间的差异，通常背景图像近邻帧之间固定不存在差异，近邻帧之间对应点的差越大，则物体运动区域越大。当差值为0时，则说明是背景部分无差异。简单的帧值法公式为：

其中， 为时刻 像素点 的灰度值， 为 时刻的像素点 的灰度值。

场景中无运动物体时，背景稳定无变化， ；当场景中有物体运动是 。通常情况，设定阈值 ，如果 则图像中像素点在运动区域内，否则在运动区域外。获取的运动目标二值图像为 ，公式如下所示：

帧差法具有广泛的应用前景，且使用能力强。但它要求较高的差分帧选择：其一运动目标的运动速度如果较快，则较长的时间间隔进行差分计算，但若过长则二者不存在重叠会被看作两个不同的物体；其二，如果运动体速度较慢，则较短时间间隔使得运动物体重合，无法检测运动区域。因此帧差法通常只使用于运动目标检测的预处理工作。

4 结语

本文重点讨论了运动目标检测的相关技术研究。运动目标检测是图像分割技术的一种，能够从视频图像序列中删除背景知识，提取运动物体目标。一次介绍了光流法、删减背景法以及帧差法三种背景构建提取运动目标的方法。讨论这三种方法的优缺点，为今后进一步研究运动目标检测提供了基础。

参考文献

[1] 冯蓓蓓.运动自标检测系统的设计与实现[D].大连理工大学硕士论文，2009.

[2] 郝菲.智能监控系统中运动目标检测跟踪的研究[D].北京交通大学硕士论文，2009.