专利名称：一种二值图像中前景图像的定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频分析技术，特别涉及一种二值图像中前景图像的定位方法
及装置。
背景技术：
在智能视频监控中，对视频中的运动目标进行定位是大部分智能视频分析 功能的基础，比如在人流分析、车辆分析、运动物体跟踪等运用中，都需要对 视频中的运动目标进行定位。因此定位算法的效率直接影响到视频监控系统的 运行效率。对运动目标进行定位的方法有很多，其中的大部分是利用图像相减 的方法将视频中的背景部分去掉，将剩余部分作为前景得到二值图像，然后对 二值图像进行处理来定位出运动目标。由于运动目标是一个连通的区域，基于 前景像素的连通域分析就是一种简单有效的方法。因此，获取二值图像的前景 图像的效率成为对运动目标定位效率的关键。
现有技术一般基于二值图像来进行前景图像的处理，背景区域像素的灰度
值为0,各目标区域像素的灰度值均为1。背景通常可以看作是一幅图像，用
来记录一个固定的三维空间内的长时间处于静止状态的物体的成像。关于背景 图像的生成和更新，已经提出许多的方法可以实现。当该固定的三维空间内有 运动物体时，在成像时运动物体就会覆盖一部分背景区域，这些被覆盖的区域 就是前景，在目标检测时通常称前景为目标区域。除了前景之外的图像区域则 成为背景区域。现有技术有两种比较典型的方法来进行处理。第一种是种子搜 索的算法，这种方法从上到下对二值图像进行搜索，当找到一个前景像素(即 种子点)时，就将该像素放入堆栈。然后搜索该像素的邻域，如果邻域中有前 景像素，就将前景像素放入堆栈。当堆栈中每个像素的邻域都搜索完后，就可
以用所有与种子点连通的前景像素点形成前景图像。这种方法的实现相对简
单，但是其不足在于运行效率很低，而且还需要堆栈来存放像素点，当连通 域较大时对存储空间的要求较高。第二种方法引入扫描的思想，从左到右，从 上到下对二值图像进行扫描。并需要标识当前正被扫描的像素与在它之前被扫 描到的若干个近邻像素的连通性，有几种不同的情况要分别考虑如果它的已 经被扫描的邻域中只有一个为1,那么将它标识为与之相连通的像素，如果它 与两个或多个目标相连通，则可以认为这些目标实际上是一个。该算法需要两 次扫描，第一次标识所有像素与邻域像素的连通关系，第二次扫描将标识不同 但实际上为同一个连通区域的像素合并到一起。第二种方法不需要堆栈，只需 要两次扫描就可以完成连通域的分析，因此比第一种方法的效率要高。但其不 足在于该方法也是基于像素来完成的，当图像较大，前景像素较多时，效率 会下降，即，其效率受处理图像的像素的多少制约。
发明内容
本发明提供一种二值图像中前景图像的定位方法及装置，用以提高在二值 图^象处理中连通域的处理效率。
本发明提供了 一种二值图像中前景图像的定位方法，包括如下步骤
对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前景像素；
将同 一 区域中连续的前景像素组织为段；
将各区域中连通的段合并后获得前景图像。
较佳地，所述将各区域中连通的段合并具体为
将同 一 区域中连续的前景像素组织为段时对段进行标识；
将不同区域中连通的段的标识进行统一；
根据标识将二值图像中标识同 一 的段进行合并。
较佳地，所述按区域进行划分具体为以扫描时的行列为单位进行区域划
较佳地，所述区域为扫描的一行或一列。
较佳地，所述将各区域中连通的段合并具体为
对每行进行扫描，将每行连续的前景像素组织为段，并对段进行标识； 所述将不同区域中连通的段的标识进行统一包括对提取出来的各段进行 连通域分析，将相邻行中相通的段进行同样的标识，不相通的段标识不相同； 对标识不同但相连通的段之间注明为相连通；根据注明的连通信息，将标识不 同但是属于同 一个连通区域的段统一为相同的标识； 将相同标识的所有l殳进行合并。
本发明还提供了 一种二值图像中前景图像的定位装置，包括 获取模块，用于对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前 景像素；
分段模块，用于将同 一 区域中连续的前景像素组织为段； 合并模块，用于将各区域中连通的段合并后获得前景图像。
较佳地，所述合并模块包括
标识单元，用于在所述分段模块将同一区域中连续的前景像素组织为段时 对4殳进行标识；
标识统一单元，用于将不同区域中连通的段的标识进行统一； 合并单元，用于根据标识将二值图像中标识同一的段进行合并。 较佳地，所述获取模块进一步包括区划单元，用于以扫描时的行列为单位 进行区域划分；
获取模块，用于在扫描后获取各所述区划单元划分区域中的前景像素。 较佳地，所述区划单元进一步用于以扫描时的一行或一列为单位进行区域 划分。
较佳地，所述分段模块进一步用于将所述获取模块在对每行进行扫描时， 将每行连续的前景像素组织为段；
标识单元，用于在所述分段模块将每行连续的前景像素组织为段时，对段
进行标识；
所述标识统一单元包括分析子单元、标识子单元、同一子单元，其中
分析子单元，用于对提取出来的各段进行连通域分析；
标识子单元，用于根据所述分析子单元的分析将相邻行中连通的段进行同样的标识，不连通的段标识不相同；对标识不同但相连通的段之间注明为相连 通；
同一子单元，用于根据注明的连通信息，将标识不同但是属于同一个连通 区域的段统一为相同的标识；
合并单元，用于将相同标识的所有段进行合并。 本发明有益效果如下
本发明在二值图像中前景图像的定位中，首先对二值图像按区域进行划分 并在扫描后获取各区域中的前景像素；然后将同 一区域中连续的前景像素组织 为段；即首先利用快速扫描来将每个区域相互联系的前景像素组织为"段"， 然后对相互连通的"段"进行标识；最后根据标识将各区域中连通的段合并后 获得前景图像。由于将连续的前景像素组织成"段"，那么对实际运算来说， 不管像素有多少，当图像变大时，像素的数量会增加，但是"段"的数量并没 有增加，其只存在对同一标识的"段，，的标识的处理，并不像现有方法基于每 个像素来进行连通域的分析，当图像变大时，现有方法运算时因图像变大而必 须去处理更多的像素，运算量也必将会大大增加，导致运算效率的降低，因为 本发明不受像素的制约，所以能够大大提高对二值图像的处理效率，对大图像 的处理效果尤其明显。
图1为本发明实施例中所述二值图像中前景图像的定位方法实施流程示意
图2为本发明实施例中所述以行来划分区域的前景图像定位方法实施流程示意图3为本发明实施例中所述基于段的连通域标识示意图4为本发明实施例中所述二值图像中前景图像的定位装置结构示意图5为本发明实施例中所述二值化后的图像实际效果示意图6至图11为本发明实施例中所述实施后的实际效果示意图。
具体实施例方式
本发明的核心思想是将二值图像中每行的前景部分提取出来，并组织为 段。因此连通域的分析就可以基于段来实现，而不是传统的基于像素的方法来 实现。基于段的优势在于算法效率不会受图像大小的影响。而且由于每行的各 段已经分开，在进行标识时，只需要判断当前段和上面一行的段之间的连通关 系，大大的提高了算法效率。下面结合附图对本发明基于段的具体实施方式
进 行说明。
图i为二值图像中前景图像的定位方法实施流程示意图，如图所示，在前 景图像定位中可以包括如下步骤
步骤101、对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前景像
素；
步骤102、将同一区域中连续的前景像素组织为段；
步骤103、将各区域中连通的段合并后获得前景图像。
具体的，所述将各区域中连通的段合并可以是将同一区域中连续的前景 像素组织为段时对段进行标识；将不同区域中连通的段的标识进行统一；根据 标识将二值图像中具有同 一标识的段进行合并。
其中，所述按区域进行划分可以为以扫描时的行列为单位进行区域划分。 当不以扫描时的行列划分时也可以实施，比如可以先划出特定面积作为 一个区 域，然后将这区域内的连续前景像素点再按段组织等，然后再按段进行合并， 但这样在判断前景像素是否连续时会因为区域的过大、或者不规则而耗时较多，所以显然，按扫描的行列来进行划分时最能体现出本发明的效率。
下面为以行为单位划分区域时的前景图像的定位实施进行说明，图2为以 行来划分区域的前景图4象定位方法实施流程示意图，本例中所述区域为扫描的
一行或一列，如图所示，此时可以按如下步骤实施
步骤201、输入包含运动目标的二值图像。
步骤202、从上到下，从左到右对每行进行扫描。
步骤203、将每行连续的前景像素组织为段，并记录下来。
步骤204、对段的连通性与段的标识进行处理。
下面结合图3对本步骤进行说明，图3为基于段的连通域标识示意图，如 图所示，圓圈表示前景像素，圆圈中为该段的标识；含有圆圈的矩形框S1至 S7分别表示本例示意7段，每段中各含4个连续的前景像素，段分布在扫描的 四行中，其中S1在第一行，S2、 S3在第二行，S4、 S5、 S6在第三行，S7在 第四行，扫描时由上至下进行扫描，即由第一行开始第四行结束。
贝'J,从上到下，从左到右对提取出来的各段进行连通域分析，如杲该段不 能找到与之相连通的段，那么就设置为新标识，否则就将与之连通的段的标识 赋给该段。如果该段和多段相连通，那么就将所有连通的段中标识最小的赋给 该段，并注明所有连通的段的标识属于同 一个连通区域。
以图3为例，当扫描至第一段S1时，由于该段的上方没有与之连通的段， 所以将该段标记为1。扫描至S2时，上方的Sl与之相连通，所以就将Sl的 标记赋给S2。而S3与S2并不连通，因此给S3的是新标识2，这样从上到下， 从左到右依次进行扫描。当扫描至S5时，它的上方有两段(Sl和S2)与之连 通，此时就将这两段中标记最小的那个赋给当前段，即将S5的标记设置为1， 同时注明标记1和标记2同属于一个连通区域，而S6与S3连通，因此S3的 标记赋给S6为2。
步骤205、根据注明的连通信息，将标识不同但是属于同一个连通区域的 4爻统一标注为相同的标识。
本步骤中将属于同一个区域，但是标记不同的,殳合并为相同的区域。如图
3中的标记为1和2的段就需要合并为相同的标记，因为在将S5的标记设置为 1,同时也注明标记1和标记2同属于一个连通区域，因此本例中标识为1、 2 的段是连通的。在确定其为同一连通区域时，便可将S1至S7都进行统一的标 识以便下步操作。
步骤206、将相同标识的所有段收集起来，得到所有连通的前景目标。
每行连续的前景像素组织为段，并对段进行标识；然后对提取出来的各段进行 连通域分析，将相邻行中相通的段进行同样的标识，不相通的段标识不相同； 对标识不同但相连通的段之间注明为相连通；根据注明的连通信息，将标识不 同但是属于同 一个连通区域的段统一为相同的标识；最后将相同标识的所有段 进行合并。
本发明还提供了 一种二值图像中前景图像的定位装置，结合上述对定位方 法的说明，下面对装置的具体实施方式
进行说明。
图4为二值图像中前景图像的定位装置结构示意图，如图所示，装置中可 以包括获取模块401 、分段模块402 、合并模块403;图中还示出了 二值图像， 其中圓圈表示前景像素，方框表示对前景像素所分的段，在装置中
获取模块401用于对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的 像素；
分段模块402则用于将同 一 区域中连续的前景像素组织为段； 合并模块403用于将各区域中连通的段合并后获得前景图像。 装置中获取4莫块还可以进一步包括区划单元，用于以扫描时的行列为单位 进行区域划分；
获取模块则在扫描后获取各所述区划单元划分区域中的前景像素。 实施中，区划单元可以以扫描时的一行或一列为单位进行区域划分。 装置中的合并模块403可以包括标识单元、标识统一单元、合并单元，其
中
标识单元，用于在所述分段模块将同一区域中连续的前景像素组织为段时 对l殳进行标识；
标识统一单元，用于将不同区域中连通的段的标识进行统一；
合并单元，用于根据标识将二值图像中标识同一的段进行合并。
实施中，当所述获取^^莫块401在对每行进行扫描时，所述分段模块402则
用于将每行中连续的前景像素组织为段；合并模块403中的标识单元在所述分
段模块402将每行连续的像素组织为段时，对段进行标识；
合并模块403中的标识统一单元则可以包括分析子单元、标识子单元、
同一子单元，其中
分析子单元，用于对提取出来的各段进行连通域分析；
标识子单元，用于根据所述分析子单元的分析将相邻行中连通的段进行同
样的标识，不连通的段标识不相同；对标识不同但相连通的段之间注明为相连
通；
同一子单元，用于根据注明的连通信息，将标识不同但是属于同一个连通 区域的段统一为相同的标识；
最后合并模块403中的合并单元将相同标识的所有段进行合并。
由上述实施例可以看出，本发明提出了可以在智能视频监控中会经常用到 的运动目标快速检测方法及装置。本发明在二值图像上来完成，二值图像是用 当前帧图像和背景图像相减来得到。和传统的基于像素点的连通域算法不同， 本发明提出的算法是基于"段"来实现的，即首先利用快速扫描来将每行的相 互联系的前景像素组织为"段"，然后对相互连通的"段"进行标识。该算法 对大图像的效果尤其明显，因为大图像的前景像素点较多，必然导致传统基于 单个像素的算法运算量增加，但是图像增多并没有增加每行联系"段"的个数。 也就是说，当像素组织成"段，，后，由于要将连续的像素组织成"段，，，那么 对实际运算来说，不管像素有多少，当图像变大时，像素的数量会增加，但是"段"的数量并没有增加，其只存在对同一标识的"段"的标识的处理，而在 现有技术中，传统的方法基于像素来进行连通域的分析，需要对每个像素进行 处理，所以当图像变大时，其运算时因图像变大而必须去处理更多的像素，运 算量也必将会大大增加，所以本发明提出的方法在对大图像的处理上也能够得
到较高的运行效率。
下面再以实际处理结果来说明本发明的效果。
图5为二值化后的图像实际效果示意图，图6至图11为实施后的实际效 果示意图，图6至图11中的白框和白色虚线是用本发明实际产生的效果，白 色矩形框为根据本发明提取的运动目标，运动轨迹以白色虚线表示。图6至图 11显示的是原始的视频图像的效果示意，本发明处理的真实目标实际上是二值 化后的如图5所示的其中一张图像，白框是上图中包含白色前景目标区域的最 小矩形。为了更好的观察效果，将白色区域叠加到原始图像上获得图6至图11 的效果。对每个运动目标在进行了跟踪时，便可获得表示跟踪轨迹的白色虚线。
从图6至图11中可以明显看出本发明可以很好的提取出图中的所有连通 的运动目标。实际中，由于提出了本发明基于段的连通域标记处理方法，大大 的提高了运动目标的定位效率。在对100张320*240的二值图像按现有技术进 行测试时，运行时间为平均每张0.949495ms。而用本发明的方法平均每张的 运行时间为0.161616ms。对大的图像，运行效率的差别则更为明显。显然， 由于处理效率的提高，在智能视频监控系统中，对每帧的图像都需要进行运动 目标的检测时，无疑可以大大提高智能视频监控的实时性，并易于往硬件进行 移植。
明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种二值图像中前景图像的定位方法，其特征在于，包括如下步骤对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前景像素；将同一区域中连续的前景像素组织为段；将各区域中连通的段合并后获得前景图像。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各区域中连通的段合 并具体为将同 一 区域中连续的前景像素组织为段时对段进行标识； 将不同区域中连通的段的标识进行统一； 根据标识将二值图像中标识同 一 的段进行合并。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述按区域进行划分具 体为以扫描时的行列为单位进行区域划分。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述区域为扫描的一行或一列。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将各区域中连通的段合 并具体为对每行进行扫描，将每行连续的前景像素组织为段，并对段进行标识； 所述将不同区域中连通的段的标识进行统一包括对提取出来的各段进行 连通域分析，将相邻行中连通的段进行同样的标识，不连通的段标识不相同； 对标识不同但相连通的"l殳之间注明为相连通；根据注明的连通信息，将标识不 同但是属于同 一个连通区域的段统一为相同的标识； 将相同标识的所有段进行合并。
6、 一种二值图像中前景图像的定位装置，其特征在于，包括 获取模块，用于对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前景像素；分段模块，用于将同 一 区域中连续的前景像素组织为段； 合并模块，用于将各区域中连通的段合并后获得前景图像。
7、 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述合并模块包括 标识单元，用于在所述分段模块将同一区域中连续的前景像素组织为段时对段进行标识；标识统一单元，用于将不同区域中连通的段的标识进行统一； 合并单元，用于根据标识将二值图像中标识同一的段进行合并。
8、 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块进一步包括区 划单元，用于以扫描时的行列为单位进行区域划分；获取模块，用于在扫描后获取各所述区划单元划分区域中的前景像素。
9、 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述区划单元进一步用于以 扫描时的 一行或 一 列为单位进行区域划分。
10、 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述分段模块进一步用于将 所述获取模块在对每行进行扫描时，将每行连续的前景像素组织为段；标识单元，用于在所述分段模块将每行连续的前景像素組织为段时，对段 进行标识；所述标识统一单元包括分析子单元、标识子单元、同一子单元，其中 分析子单元，用于对提取出来的各段进行连通域分析；样的标识，不连通的l史标识不相同；对标识不同4旦相连通的4更之间注明为相连 通；同一子单元，用于根据注明的连通信息，将标识不同但是属于同一个连通 区域的#殳统 一 为相同的标识；合并单元，用于将相同标识的所有段进行合并。
全文摘要
本发明公开了一种二值图像中前景图像的定位方法及装置，包括对二值图像按区域进行划分并在扫描后获取各区域中的前景像素；将同一区域中连续的前景像素组织为段；将各区域中连通的段合并后获得前景图像。在智能视频监控系统中使用本发明，能够在对每帧的图像都需要进行运动目标的检测时，大大提高智能视频监控的实时性，并易于往硬件进行移植。
文档编号H04N7/18GK101198033SQ20071030378
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者磊 王, 谢东海, 英 黄 申请人:北京中星微电子有限公司