close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13619

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13619
(13) C1
(19)
G 06F 7/00
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ И ОБНОВЛЕНИЯ ФОНОВОГО КАДРА
ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ В СИСТЕМЕ
ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20080824
(22) 2008.06.23
(43) 2010.02.28
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Полоцкий государственный университет" (BY)
(72) Авторы: Богуш Рихард Петрович;
Бровко Надежда Валерьевна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Полоцкий государственный университет" (BY)
(56) Moelich M. http://computation.llnl.gov/
casc/sapphire/pubs/UCRL-TR-201054.pdf,
2003.
RU 2298886 C2, 2007.
RU 2117412 C1, 1998.
RU 2311684 C1, 2007.
US 6603880 B2, 2003.
DE 3744497 C1, 1996.
US 2007061696 A1, 2007.
BY 13619 C1 2010.10.30
(57)
Способ построения и обновления фонового кадра для обнаружения движущихся объектов в системе видеонаблюдения, в котором из видеопоследовательности, полученной со
стационарно установленной камеры видеонаблюдения, выбирают нечетное количество N
исходных анализируемых кадров, где 3 ≤ N ≤ 11, с заранее заданным интервалом между
ними, сравнивают яркость пикселей с одинаковыми координатами попарно в каждой паре
Фиг. 1
BY 13619 C1 2010.10.30
соседних исходных кадров с целью выявления схожих и несхожих по яркости пикселей,
относящихся к фону и к движущимся объектам соответственно, принимая в качестве схожих те пиксели, яркости которых различаются не более чем на 10 %, затем формируют N-1
черно-белую маску первого уровня, в каждой из которых схожим и несхожим по яркости
пикселям двух соседних исходных кадров присваивают черный и белый цвет соответственно, попарно сравнивают соседние маски первого уровня и выявляют в каждой паре
совпавшие по цвету пиксели с одинаковыми координатами, затем формируют N-2 чернобелые маски второго уровня, на первой из которых белым цветом отмечают совпавшие
пиксели движущихся объектов первой пары масок первого уровня, на второй - совпавшие
пиксели движущихся объектов второй пары масок первого уровня, и так далее, затем создают первый цветной вспомогательный кадр путем удаления из второго исходного кадра
всех пикселей, принадлежащих движущимся объектам первой пары масок второго уровня,
и помещения на их место пикселей с теми же координатами с первого исходного анализируемого кадра, второй цветной вспомогательный кадр - путем удаления из третьего исходного анализируемого кадра всех пикселей, принадлежащих движущимся объектам
второй пары масок второго уровня, и помещения на их место пикселей с теми же координатами со второго исходного анализируемого кадра, далее аналогично создают все N-2
цветных вспомогательных кадра, попарно сравнивают яркость пикселей с одинаковыми
координатами в соседних цветных вспомогательных кадрах для выявления схожих и несхожих по яркости пикселей, относящихся к фону и к движущимся объектам соответственно, далее для вспомогательных кадров повторяют необходимое число раз те же
операции, что и для исходных кадров, до получения одного цветного вспомогательного
кадра, не содержащего пикселей, относящихся к движущимся объектам, который и принимают в качестве фонового, а затем выбирают из указанной видеопоследовательности
через указанный интервал от N-го исходного кадра новый исходный кадр, помещают его
на место первого кадра из N исходных кадров и повторяют все указанные операции для
получения обновленного фонового кадра.
Заявляемое изобретение относится к области информатики и может быть использовано в системах видеонаблюдения, в которых осуществляется обнаружение движущихся
объектов.
Известен способ построения фонового кадра (кадр, не содержащий никаких движущихся объектов) для обнаружения движущихся объектов в системах видеонаблюдения
[1], в котором на протяжении 1-2 с (15-30 кадров) строят фоновый кадр, подсчитывая для
каждого пикселя кадра, сколько раз в данном пикселе кадра не было движения. Для этого:
1) для каждого пикселя кадра вводят счетчик для подсчета числа кадров, в течение которого яркость пикселя от кадра к кадру не изменялась;
2) обнуляют счетчики для всех пикселей;
3) выбирают два кадра на расстоянии N кадров между ними;
4) сравнивают яркости пикселей с одинаковыми координатами попарно, используя
разностную функцию;
5) схожие по яркости пиксели (предположительно пиксели фона) предварительно запоминают в фоновом кадре и увеличивают их счетчики;
6) когда значение счетчика становится больше, чем некоторое гарантированное количество кадров, то данный пиксель окончательно фиксируют в фоновом кадре. Гарантированное количество кадров выбирают исходя из скорости движения объектов;
7) шаги 1-6 повторяют до полного восстановления фонового кадра.
Недостатками известного способа являются наличие шумов в фоновом кадре, а также
значительные временные затраты на построение фонового кадра при наличии частой смены яркости динамической сцены.
2
BY 13619 C1 2010.10.30
В качестве прототипа выбран способ построения фонового кадра для обнаружения
движущихся объектов в системах видеонаблюдения для полутоновых видеопоследовательностей [2], включающий в себя следующую последовательность действий:
1) выбирают 3 анализируемых кадра видеопоследовательности, полученной со стационарной камеры, интервал между кадрами в среднем составляет 5-6 кадров;
2) сравнивают яркость пикселей с одинаковыми координатами попарно в исходных
анализируемых кадрах (первом-втором, втором-третьем), используя разностную функцию
(находя абсолютную разность между яркостями пикселей), и выявляют схожие по яркости
пиксели, относящиеся к фону, и несхожие пиксели, относящиеся к движущимся объектам;
3) формируют 2 черно-белые маски, в которых схожим по яркости пикселям присваивают белый цвет, а несхожим по яркости пикселям - черный. Схожесть яркостей пикселей
определяется оценкой абсолютных разностей, полученных на предыдущем шаге, по формуле:
γ⋅(x )2
y ij = 255 ⋅ e ij ,
где xij - значение абсолютной разности пикселей с координатами ij между первым-вторым
(или вторым-третьим) анализируемыми кадрами;
γ - коэффициент в интервале [0…1];
уij - значение яркости пикселя черно-белой маски, равное 255, - белый цвет, 0 - черный
цвет.
По несхожим пикселям (черным) выявляют движущиеся объекты, присутствующие в
каждой паре исходных анализируемых кадров;
4) формируют вспомогательную черно-белую маску, на которой черным цветом отмечают совпавшие по яркости пиксели, принадлежащие движущимся объектам второго анализируемого кадра, а белым цветом отмечают не совпавшие по яркости пиксели,
принадлежащие фону;
5) удаляют пиксели, принадлежащие движущимся объектам из второго анализируемого кадра, используя вспомогательную черно-белую маску, полученную на предыдущем
шаге;
6) помещают на освобожденные участки пиксели с такими же координатами с первого
или третьего анализируемых кадров;
7) полученный в результате кадр принимают как фоновый.
Недостатками прототипа являются наличие шумов в фоновом кадре, которые проявляются в виде фрагментов движущихся объектов, а также отсутствие возможности учета
качественных изменений входной видеопоследовательности (изменение яркости динамической сцены, возможное изменение фона и др.).
Задачей изобретения является улучшение качественных характеристик фонового кадра и за счет этого повышение эффективности обнаружения движущихся объектов в системах видеонаблюдения в целом.
Поставленная задача решается тем, что в способ построения и обновления фонового
кадра для обнаружения движущихся объектов в системах видеонаблюдения включены
следующие операции:
1) из видеопоследовательности, полученной со стационарно установленной камеры
видеонаблюдения, выбирают нечетное количество N исходных анализируемых кадров,
где 3 ≤ N ≤ 11, с заранее заданным интервалом между ними;
2) сравнивают яркость пикселей с одинаковыми координатами попарно в каждой паре
соседних исходных кадров с целью выявления схожих и несхожих по яркости пикселей,
относящихся к фону и к движущимся объектам соответственно, принимая в качестве схожих те пиксели, яркости которых различаются не более чем на 10 %;
3) формируют N-1 черно-белую маску первого уровня, в каждой из которых схожим и
несхожим по яркости пикселям двух соседних исходных кадров присваивают черный и
белый цвет соответственно;
3
BY 13619 C1 2010.10.30
4) попарно сравнивают соседние маски первого уровня и выявляют в каждой паре
совпавшие по цвету пиксели с одинаковыми координатами;
5) формируют N-2 черно-белые маски второго уровня, на первой из которых белым
цветом отмечают совпавшие пиксели движущихся объектов первой пары масок первого
уровня, на второй - совпавшие пиксели движущихся объектов второй пары масок предыдущего уровня, и так далее;
6) создают первый цветной вспомогательный кадр путем удаления из второго исходного кадра всех пикселей, принадлежащих движущимся объектам первой пары масок второго уровня, и помещения на их место пикселей с теми же координатами с первого
исходного анализируемого кадра, второй цветной вспомогательный кадр - путем удаления
из третьего исходного анализируемого кадра всех пикселей, принадлежащих движущимся
объектам второй пары масок второго уровня, и помещения на их место пикселей с теми
же координатами со второго исходного анализируемого кадра, далее аналогично создают
все N-2 цветных вспомогательных кадра;
7) операции 2-6 повторяют до получения одного фонового кадра;
8) выбирают из видеопоследовательности через указанный интервал от N-го исходного
кадра новый исходный кадр, помещают его на место первого кадра из N исходных кадров;
9) операции 2-8 повторяют, получая обновленный фоновый кадр.
Для цветных изображений сравнение попарно анализируемых кадров осуществляют
отдельно для каждой цветовой составляющей используемого цветового пространства, используя минимаксную функцию схожести.
На фиг. 1 представлена схема построения фонового кадра на основе 5 кадров видеопоследовательности, на фиг. 2 представлена иллюстрация конкретного примера построения
фонового кадра для видеопоследовательности, полученной со стационарно установленной
камеры видеонаблюдения.
Построение фонового кадра согласно фиг. 1 осуществляют следующим образом:
выбирают пять исходных анализируемых кадров (1, 2, 3, 4, 5) с видеопоследовательности,
полученной со стационарно установленной камеры видеонаблюдения, с выбранным интервалом между анализируемыми кадрами. Желтый и синий цвет на кадрах 1, 2, 3, 4, 5
отображает фон, зеленый цвет отображает движущиеся объекты. Сравнивают яркость
пикселей с одинаковыми координатами попарно в первом-втором (1-2), втором-третьем
(2-3), третьем-четвертом (3-4) и четвертом-пятом (4-5) кадрах с использованием минимаксной функции схожести. С учетом порога схожести выявляют схожие по яркости пиксели, относящиеся к фону, и несхожие по яркости пиксели, относящиеся к движущимся
объектам. Формируют 4 черно-белые маски 6, 7, 8 и 9 первого уровня, где схожим по яркости пикселям присваивают черный цвет, несхожим пикселям - белый цвет. Затем формируют 3 черно-белые маски 10, 11 и 12 второго уровня, где на маске 10 белым цветом
отмечают совпавшие пиксели кадров 6 и 7, принадлежащие движущимся объектам. Аналогично, белым цветом в масках 11 и 12 отмечают совпавшие пиксели, принадлежащие
движущимся объектам, кадров 7 и 8, 8 и 9 соответственно. На следующем шаге формируют цветные вспомогательные кадры 13, 14 и 15. Кадр 13 формируют путем удаления из
второго анализируемого кадра 2 всех пикселей с координатами, соответствующими движущимся объектам, и помещают на их место пиксели с первого анализируемого кадра 1 с
теми же координатами. Аналогично формируют кадры 14 и 15. На полученных кадрах 13,
14 и 15 присутствуют фрагменты движущихся объектов (выделены линиями красного
цвета). Для их удаления повторяют аналогичные операции, как и для исходных кадров 1,
2, 3, 4 и 5. Формируют черно-белые маски 16 и 17, где на маске 16 белым цветом отмечают пиксели, принадлежащие движущимся объектам с кадров 13 и 14, а на кадре 17 белым
цветом отмечают пиксели, принадлежащие движущимся объектам с кадров 14 и 15; затем
черно-белую маску 18, содержащую совпавшие пиксели кадров 16 и 17. Из 14 кадра удаляют все пиксели с координатами, соответствующими движущимся объектам, и помеща4
BY 13619 C1 2010.10.30
ют на их место пиксели с 13 кадра. На полученном в результате кадре 19 отсутствуют
движущиеся объекты (зеленый цвет), этот кадр принимают как фоновый.
Пример построения фонового кадра для обнаружения движущихся объектов в системах видеонаблюдения.
1. Выбрали пять анализируемых кадров (№ 1, 51, 101, 151, 201) с видеопоследовательности, полученной со стационарно установленной камеры видеонаблюдения. На фиг. 2 это
кадры 1, 2, 3, 4 и 5. Для эффективного выявления динамических объектов на анализируемых
кадрах необходимо выбрать такие кадры, где объекты совершили бы перемещение в пространстве больше длины своего корпуса. Для анализируемой видеопоследовательности
интервал между исходными кадрами выбран равным 50 кадрам. Цветовое пространство
для передачи изображений RGB. Движущиеся объекты на всех анализируемых кадрах машины, передвигающиеся по дороге с заднего плана.
2. Для каждой цветовой составляющей сравнивают яркость пикселей с одинаковыми
координатами попарно в первом-втором (1-2), втором-третьем (2-3), третьем и четвертом
(3-4) и четвертом и пятом (4-5) кадрах с использованием минимаксной функции схожести.
С учетом принятой величины схожести выявляют схожие пиксели, относящиеся к фону, и
несхожие пиксели, относящиеся к движущимся объектам.
3. Формируют четыре черно-белые маски 6, 7, 8 и 9 первого уровня, где схожим по
яркости пикселям присваивают черный цвет, несхожим пикселям - белый цвет. По несхожим пикселям (белым) выявляют движущиеся объекты, присутствующие в каждой паре
исходных анализируемых кадров.
4. Сравнивают маски 6, 7, 8 и 9 первого уровня попарно и выявляют в каждой паре
совпавшие по яркости (цвету) пиксели с одинаковыми координатами
5. Затем формируют три черно-белые маски 10, 11 и 12 второго уровня. В маске 10 белым цветом отмечают совпавшие пиксели кадров 6 и 7, принадлежащие движущимся
объектам. Аналогично, белые пиксели масок 11 и 12 отмечают совпавшие пиксели, принадлежащие движущимся объектам, кадров 7 и 8, 8 и 9 соответственно.
6. На следующем шаге формируют три цветных вспомогательных кадра 13, 14 и 15.
Кадр 13 формируют путем удаления из второго исходного анализируемого кадра 2 всех
пикселей с координатами, соответствующими движущимся объектам, и помещения на их
место пикселей с первого анализируемого кадра 1 с теми же координатами. Аналогично,
формируют кадры 14 и 15. На полученных цветных кадрах 13, 14 и 15 присутствуют
фрагменты движущихся объектов (выделены линиями красного цвета).
7. Для удаления этих фрагментов повторяют аналогичные операции, как и для исходных
кадров 1, 2, 3, 4 и 5. Сравнивают яркость пикселей с одинаковыми координатами попарно
в цветных вспомогательных кадрах (13-14 и 14-15) и выявляют схожие по яркости пиксели, относящиеся к фону, и несхожие пиксели, относящиеся к движущимся объектам.
8. Формируют две черно-белые маски 16 и 17 первого уровня, где на маске 16 белым
цветом отмечают пиксели, принадлежащие движущимся объектам с кадров 13 и 14, а на
маске 17 белым цветом отмечены пиксели, принадлежащие движущимся объектам с кадров 14 и 15.
9. Сравнивают маски 16 и 17 и выявляют совпавшие по яркости (цвету) пиксели с
одинаковыми координатами.
10. Затем формируют черно-белую маску второго уровня 18, содержащую совпавшие
пиксели масок 16 и 17.
11. Из 14 кадра удаляют все пиксели с координатами, соответствующими движущимся
объектам, и помещают на их место пиксели с 13 кадра. На полученном в результате кадре
19 отсутствуют движущиеся объекты, этот кадр принимают как фоновый.
12. Затем из исходных анализируемых кадров удаляют кадр № 1 и добавляют кадр
№ 251 с анализируемой видеопоследовательности. Шаги 1-11 повторяют, получая обновленный фоновый кадр (на фиг. 2 не показаны).
5
BY 13619 C1 2010.10.30
Количество исходных анализируемых кадров для удовлетворения "качество/временные затраты" необходимо выбирать из диапазона 3 ≤ N ≤ 11.
Улучшение качественных характеристик фонового кадра и, как следствие, повышение
эффективности обнаружения движущихся объектов достигается за счет обновления фонового кадра, поскольку в наблюдаемом фоне с течением времени могут происходить
изменения, а также за счет использования минимаксной функции схожести, которая
характеризуется высокой контрастностью и позволяет эффективно установить уровень
порога схожести пикселей анализируемых кадров.
Источники информации:
1. Chen Y., Han С., Kang X. and Wang M. Background Information Fusion and its Application in Video Target Tracking. Proc. of 7th Int. Conf. on Information Fusion, Stockholm, Sweden [Electronic resource] - 2004. - Mode of access: http://www.fusion2004.foi.se/papers/IF040747.pdf.
2. Moelich M. Autonomous motion segmentation of multiple objects in low resolution video
using variational level sets [Electronic resource] - 2003. - Mode of access: https: // computation.llnl.gov/casc/sapphire/pubs/UCRL-TR-201054.pdf (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
706 Кб
Теги
by13619, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа