一种基于块累加统计的背景实时更新方法

摘要

本发明公开了一种基于块累加统计的背景实时更新方法。该方法首先将初始背景和视频图像进行分割，并将背景每个块的B

说明书

技术领域

本发明属于视频检测技术领域，具体涉及一种基于块累加统计的背景实时更新方法。

背景技术

在视频车辆检测技术中通常采用背景差分法检测车辆等运动目标，而背景差分法的关键 技术是获取实时更新的背景。目前背景更新方法主要有多帧平均法、统计直方图法、像素中 值训练法和IR滤波更新法。其中，多帧平均法获取的背景粗略，不适于光线的突变，并且计 算量较大；统计直方图法虽能取得较好效果，但是该方法计算过于复杂、背景更新缓慢、噪 声点多；像素中值训练法需要较大的存储空间，运算速度慢，不适于实时处理；IRR滤波更 新法更新的背景和真实的背景间存在误差，长时间累计可能使背景失效。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于累加统计的背景实时更新 方法，以有效地实时更新背景，使得背景差法能够准确的分离运动目标。

为了实现上述目的，本发明采用的如下技术方案：

一种基于块累加统计的背景实时更新方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤一，初始化背景所有像素点的像素值为0，并在块坐标系X下，将背景划分成T个 块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为B_i(m，n)，该块内所有像素点的的像素 值用二维数组B_i[N]表示，该第i个块的有效背景标志为F_i，累加计数器为C_i，该第i个块内 的所有像素点的像素值缓存区域为二维数组BUF_i[N]，缓存区域内像素点(m，n)的像素值为 BUF_i(m，n)，将BUF_i[N]中所有像素点的像素值初始化0，并且F_i和C_i初始化值均为0；

其中：T＝(W/w)*(H/h)，W为背景水平方向的像素，H为背景竖直方向的像素，背景 的大小为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度；第i个块内像素点的总个数 N＝w*h；i＝1，2，3...T；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个 块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐 标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤二，在块坐标系X下，将第j+1帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像 素点(m，n)的像素值为F_i，j+1(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j+1[N]表示；

同时在块坐标系X下，将第j帧图像划分为T个块，该T个块中的第i个块内像素点 (m，n)的像素值为F_i，j(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j[N]表示；

其中：j≡1，2，3，...M-1，M为图像的总帧数，且M≥71；T＝(W/w)*(H/h)，第j+1帧 图像和第j帧图像的水平方向的像素均为W，第j+1帧图像和第j帧图像竖直方向的像素均 为H，第j+1帧图像和第j帧图像的大小均为W*H，第i个块的宽度为w，第i个块的高 度为h；第i个块内像素点的总个数N＝w*h；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标 系Y，m代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在 坐标系Y下的纵坐标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤三，计算第j+1帧图像中的第i个块与第j帧图像中的第i个块之间各相同坐标的像 素点处的像素值差的绝对值之和SAD，其中SAD利用公式(1)计算得到，

$\mathrm{SAD}=\underset{m=0}{\overset{w-1}{\Sigma }}\underset{n=0}{\overset{h-1}{\Sigma }}|F_{i,j}(m,n)-F_{i,j+1}(m,n)|---\left(1\right)$

当SAD小于或等于阈值A时，C_i加1；

当SAD大于阈值A时，C_i＝0，BUF_i(m，n)＝0；

重复步骤三，当i＝T时，执行步骤四；

步骤四，对背景中的第i个块的累加计数器C_i进行判断：

当C_i＝50时，BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝0时，首先B_i(m，n)＝BUF_i(m，n)，F_i＝1，然后 BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

当C_i＝50+20*P，且F_i＝1时，首先B_i(m，n)＝(1-0.1)*B_i(m，n)+0.1*BUF_i(m，n)，然后 BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)；

其中P为正整数；

重复步骤四，当i＝T时，执行步骤五；

步骤五，重复执行步骤二至步骤四，当j≥M时，即可实现背景的实时更新。

所述阈值A的取值为10×块内像素点的总个数，即A＝10×(w×h)。

与现有技术相比，本发明的方法能及时更新场景中的光线变化，且计算简单、更新速度 快、噪声点小，在道路畅通和车流量很大时都能更新出较完整且正确率高的背景，所更新的 背景能满足实时运动目标的提取需要，具有较强的适用性。

具体实施方式

本发明的基于块累加统计的背景实时更新方法，具体按下列步骤进行：

步骤一，初始化背景所有像素点的像素值为0，并在块坐标系X下，将背景划分成T个 块，该T个块中的第i个块内像素点(m，n)的像素值为B_i(m，n)，该块内所有像素点的的像素 值用二维数组B_i[N]表示，B_i[N]中保存有N个像素点的像素值，B_i(m，n)为B_i[N]中的一个元 素，该第i个块的有效背景标志为F_i，该第i个块的累加计数器为C_i，该第i个块的所有像素 点的像素值缓存区域为二维数组BUF_i[N]，BUF_i[N]中保存N个像素点的像素值，缓存区域 内像素点(m，n)的像素值为BUF_i(m，n)，BUF_i(m，n)为BUF_i[N]中的一个元素，将BUF_i[N]中 所有像素点的像素值初始化0，并且F_i和C_i初始化值均为0；

其中：T＝(W/w)*(H/h)，W为背景水平方向的像素，H为背景竖直方向的像素，背景 的大小为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的高度；第i个块内像素点的总数为 N＝w*h；i＝1，2，3...T；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个 块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐 标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤二，在块坐标系X下，将第j+1帧图像(当前帧图像)划分为T个块，该T个块中 的第i个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j+1(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组 F_i，j+1[N]表示，F_i，j+1[N]中保存有N个像素点的像素值，F_i，j+1(m，n)为F_i，j+1[N]中的一个元素；

同时在块坐标系X下，将第j帧图像(前一帧图像)划分为T个块，该T个块中的第i 个块内像素点(m，n)的像素值为F_i，j(m，n)，该块内所有像素点的像素值用二维数组F_i，j[N]表 示，F_i，j[N]中保存有N个像素点的像素值，F_i，j(m，n)为F_i，j[N]中一个元素；

其中：j≡1，2，3，...M-1，M为图像的总帧数，且M≥71；T＝(W/w)*(H/h)，第j+1帧 图像和第j帧图像的水平方向的像素均为W，第j+1帧图像和第j帧图像竖直方向的像素均 为H，第j+1帧图像和第j帧图像的大小均为W*H，w为第i个块的宽度，h为第i个块的 高度，第i个块内像素点的总数为N＝w*h；第j帧图像中的第i个块与背景中的第i个块在 块坐标系X中的位置相同；以第i个块的左下角为原点建立直角二维坐标系Y，m代表第i个 块中任一像素点在坐标系Y下的横坐标，n代表第i个块中任一像素点在坐标系Y下的纵坐 标，且m＝0，1，2...w-1，n＝0，1，2...h-1；

步骤三，在第j+1帧图像中找到第i个块，并在第j帧图像中找到位置对应的第i个块， 计算这两个块中对应位置像素点的像素值差的绝对值和SAD，其中SAD利用公式(1)计算得到，

$\mathrm{SAD}=\underset{m=0}{\overset{w-1}{\Sigma }}\underset{n=0}{\overset{h-1}{\Sigma }}|F_{i,j}(m,n)-F_{i,j+1}(m,n)|---\left(1\right)$

当SAD小于或等于阈值A时，说明第j+1帧图像中的第i个块与第j帧图像中的第i个 块匹配，背景图像中对应的第i块的累加计数器C_i加1，其中阈值A的取值为 10×块内像素点的总个数，即A＝10×(w×h)；

当SAD大于阈值A时，说明第j+1帧中的第i个块与第j帧相应的第i个块发生了较大 的变化，这两个块不匹配，背景中的第i块的累加计数器清零，即C_i＝0，并将BUF_i[N]中所 有像素点的像素值按式BUF_i(m，n)＝0逐个清零；

重复步骤三，当i＝T时，执行步骤四；

步骤四，对背景中的第i个块的累加计数器C_i进行判断：

当C_i＝50时，将第j+1帧图像中第i个块内所有的像素点的像素值按公式(2)逐个存储在 BUF_i[N]中；

BUF_i(m，n)＝F_i，j+1(m，n)                (2)

当C_i＝50+20*P，且F_i＝0时，将背景中的第i个块的B_i[N]中所有像素点的像素值用 该块的缓存区域BUF_i[N]中保存的相应像素点(即坐标相同的像素点)的像素值按公式(3) 逐个更新，背景中的第i个块的标志赋值为1即F_i＝1，然后将该块的缓存区域BUF_i[N]中各 像素点的像素点值用第j+1帧图像中第i个块内的相应像素点的像素值按公式(2)逐个更新；

B_i(m，n)＝BUF_i(m，n)                 (3)

当第C_i＝50+20*P，且F_i＝1时，将背景中的第i个块的B_i[N]中各像素点的像素点值 按公式(4)逐个更新，然后将该块的缓存区域BUF_i[N]中各像素点的像素值用第j+1帧图像中 第i个块内相应像素点的像素值按公式(2)逐个更新，

B_i(m，n)＝(1-0.1)*B_i(m，n)+0.1*BUF_i(m，n)                (4)

其中P为正整数；

重复步骤四，当i＝T时，执行步骤五；

步骤五，重复执行步骤二至步骤四，当j≥M时，即可实现背景的实时更新。

以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是本发明并不限于以下实施例，凡是在以 下实施例基础上的等同变换或者替换均属于本发明的保护范围。

实施例：

该实施例中的视频的采样频率为25帧每秒，图像大小为720*288，将每个图像划成 90*48个块区域，每块区域的大小为8*6，对相邻帧对应块内所有像素求差的绝对值和，阈 值A为480，遵循上述技术方案，依次对连续输入的视频图像进行处理；

当累加计数器C_i等于50时，保存该块当前帧的所有像素值；

当累加计数器等于70时，此时P＝1，且该块的背景有效标志F_i为0，用保存的该块完 全更新背景，得到部分有效背景，同时，用当前帧更新该块保存的像素值，且该块对应背景 有效标志位F_i设置为1。

当累加计数器C_i满足C_i＝50+20*P，P≥2时，此时该块对应背景有效标志位F_i＝1， 则按比例更新背景，即可得到实时更新的背景。