行為識(shí)別中的人體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法

曾品善

摘 要 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)處于人體行為識(shí)別過(guò)程的最底層，但目標(biāo)檢測(cè)的結(jié)果直接影響到后續(xù)目標(biāo)跟蹤的效果，同時(shí)也是高級(jí)處理階段如特征提取、人體行為識(shí)別等的基礎(chǔ)。本文介紹了常用的三種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，并分別對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 目標(biāo)檢測(cè) 幀差法 背景消減法

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

人體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是基于視頻的人體行為識(shí)別過(guò)程的重要階段，它為目標(biāo)跟蹤和人體行為識(shí)別等后續(xù)工作提供基礎(chǔ)支撐。目標(biāo)檢測(cè)又稱目標(biāo)提取，是將人體目標(biāo)從視頻圖像中提取出來(lái)。其原理是根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的幾何特性和統(tǒng)計(jì)特性，提取出視頻圖像中變化的像素點(diǎn)區(qū)域，從而達(dá)到人體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和背景圖像相分割的目的。常用的目標(biāo)檢測(cè)方法主要有幀差法、背景消減法和光流法。

（1）幀差法是對(duì)連續(xù)兩幀視頻序列圖像作差分運(yùn)算，設(shè)置合適的閥值對(duì)差分圖像執(zhí)行閾值化操作，分離出前景像素區(qū)域和背景像素區(qū)域，從而判斷目標(biāo)所在的區(qū)域。幀差法流程圖如圖1所示。

幀差法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算量較小，對(duì)光照強(qiáng)弱程度不敏感，而且具有穩(wěn)定性，能夠很好的適應(yīng)環(huán)境變化，如出現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或背景的快速變化情況。

但該算法也存在不足之處。首先，閾值的選擇限制了它的使用，閾值過(guò)大容易漏掉圖像中有用的信息，閾值過(guò)小則不能抑制噪聲。其次，對(duì)于灰度均勻度較大的目標(biāo)區(qū)域，采用幀差法將會(huì)使這部分產(chǎn)生出“空洞”，無(wú)法滿足檢測(cè)目標(biāo)的完整性，其結(jié)果將會(huì)直接影響目標(biāo)跟蹤的效果。另外，真正穩(wěn)定的場(chǎng)景是不存在的，抖動(dòng)亦會(huì)影響算法實(shí)際效果。盡管幀差法無(wú)法提取出完整的目標(biāo)區(qū)域，但由于其簡(jiǎn)單易行、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)，該快速檢測(cè)算法得到了廣泛應(yīng)用。

（2）背景消減法又稱背景差分法，是常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割方法，該算法假定可以獲得理想的背景圖像，首先為序列圖像建模，然后將當(dāng)前幀圖像與背景模型進(jìn)行差分運(yùn)算，獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。在背景穩(wěn)定的情況下，若差值很小，則認(rèn)為場(chǎng)景內(nèi)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；若背景圖像中某一區(qū)域發(fā)生明顯變化，則意味著場(chǎng)景內(nèi)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，于是標(biāo)記圖像中的變化區(qū)域，進(jìn)而提取目標(biāo)區(qū)域。背景差分法流程圖如圖2所示。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以較容易的得到目標(biāo)描述，并且無(wú)論目標(biāo)處于靜止還是運(yùn)動(dòng)，都可以很好的進(jìn)行識(shí)別和跟蹤。不過(guò)該方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量比較大，每次背景更新都需要大量的計(jì)算，還需要建立相對(duì)合適的模型才能完成有效識(shí)別與跟蹤，在背景變化比較頻繁或者做大幅度運(yùn)動(dòng)時(shí)也不適用，比較適合在環(huán)境變化不是很大的情況下使用。典型算法有單高斯背景算法和混合高斯背景算法。

（3）光流法通過(guò)計(jì)算圖像的光流場(chǎng)，結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的光流場(chǎng)特征進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)。光流場(chǎng)是指圖像灰度模式運(yùn)動(dòng)的速度場(chǎng)，它是物體三維速度矢量在二維平面上的投影。光流法的基本思想是根據(jù)序列圖像中灰度值隨時(shí)間的變化來(lái)計(jì)算速度場(chǎng)，然后利用約束條件，推測(cè)出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

光流法的優(yōu)點(diǎn)是：①不需要場(chǎng)景的先驗(yàn)信息；②能很好地處理攝像機(jī)移動(dòng)等背景運(yùn)動(dòng)情況，不影響檢測(cè)目標(biāo)；③可獲取目標(biāo)速度等運(yùn)動(dòng)信息。這種方法的缺點(diǎn)是：①采用迭代運(yùn)算，計(jì)算量大，很難滿足實(shí)時(shí)性要求；②易受噪聲、光照變化影響，產(chǎn)生錯(cuò)誤檢測(cè)結(jié)果。

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