一种基于非下采样小波变换和lbp的视频运动目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种视频运动目标的检测方法，尤其是一种基于非下采样小波变换和 LBP相结合的视频运动目标的检测方法。
【背景技术】
[0002] 所谓视频运动目标检测是指从静止摄像机拍摄的视频序列图像中，将运动变化区 域从视频帧图像的背景中分割提取出来，即检测前景运动对象。视频运动目标分割是许多 计算机视觉系统的关键环节，被广泛应用于许多计算机视觉系统中，如运动对象跟踪、自由 视点视频的三维重构、复杂行为识别等。因此，许多研究者致力于视频前景运动对象检测 的研究，大多数算法运用像素的颜色和强度信息检测前景对象，这种算法对于前景对象与 背景具有相似颜色的视频，显得无能为力。因此，一些研究者提取纹理特征（如LBP (Local Binary Pattern))以便改进前景对象的检测性能。然而，当前景对象与其所处的背景区域 都服从均匀分布时，LBP不能很好地检测前景，而且LBP也不能提取细小平坦的纹理特征。 尽管现有算法运用颜色、强度、纹理、梯度、边缘等信息来检测运动目标。然而，这些算法无 法准确检测与视频背景颜色相似且具有细小平坦纹理的前景对象，因为仅仅利用原始图像 的颜色和纹理（如LBP)特征不能区分前景对象和背景。
[0003] 基于小波变换的LBP纹理描述算法被应用于X射线图像的分类、人脸识别和掌纹 识别。这些算法都是对下采样小波变换的频率子图提取LBP直方图作为纹理特征，由于下 采样小波变换不具有平移不变性，因此，导致许多大的小波系数通过多个小波变换层。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是现有的视频前景运动对象检测采用下采样小波变换 会出现平移变化，且计算过程复杂、运行速度慢。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了 1、一种基于非下采样小波变换和LBP的视 频运动目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，利用视频的初始几帧或几十帧不包含前景运动目标的图像建立初始的背 景图像；
[0007] 步骤2,对初始的背景图像和当前图像分别进行非下采样L层小波变换，分别得到 背景图像的小波变换子图以及当前图像的小波变换子图；
[0008] 步骤3,计算各个小波变换子图中的每个像素的LBP二进制特征向量；
[0009] 步骤4,将每个小波变换子图划分成NXN像素的非重叠像素块，计算背景图像和 当前帧图像的对应像素块的纹理差异，具体步骤为：
[0010] 步骤4. 1，对于背景图像和当前帧图像，计算同一小波分解层的同方向频率子图的 同一坐标位置的背景像素和当前帧像素的LBP二进制特征向量的海明距离；
[0011] 步骤4. 2,对于每个坐标位置的像素，在每个频率子图都对应一个海明距离，计算 M个频率子图的海明距离均值作为该坐标位置的像素的海明距离，从而得到一个以像素海 明距离为元素的矩阵；
[0012] 步骤4. 3,将步骤4. 2得到的矩阵划分成NXN像素的非重叠像素块，计算矩阵内所 有元素的均值作为该非重叠像素块的海明距离；
[0013] 步骤5,判断各个非重叠像素块是否满足前景块判断条件，若当前非重叠像素块的 海明距离大于等于设定的距离阈值且当前背景像素的像素数目大于设定的数目阈值，则标 记该非重叠像素块为前景块，否则标记该非重叠像素块为背景块；
[0014] 步骤6,将标记为背景块的像素用于背景更新，以便为下一帧的运动目标检测生成 背景图像。
[0015] 采用非下采样小波变换替换现有的下采样小波变换，具有变换的平移不变性的优 点，更适合于局部纹理特征的精确检测；采用LBP二进制纹理特征描述方法替换现有的LBP 直方图纹理特征描述方法，利用LBP的二进制数作为纹理特征，并用海明距离度量像素级 的局部细小纹理差异，再划分像素块，统计像素块级的纹理特征，由细粒度到粗粒度逐级度 量背景纹理和前景纹理的差异，不仅降低了计算的复杂度，而且大大提高了运算速度和精 度。
[0016] 作为本实用新型的进一步限定方案，步骤1中初始的背景图像建立方法是计算初 始几帧或几十帧的像素灰度均值作为初始背景图像的像素值，从而建立初始的背景图像。 采用灰度均值作为初始背景图像的像素值，能够方便快速计算获得合适的背景图像。
[0017] 作为本实用新型的进一步限定方案，步骤2中，对初始的背景图像和当前图像分 别进行非下采样L层小波变换，分别得到背景图像的小波变换子图以及当前图像的小波变 换子图，其中，设It为第t个当前帧图像，Bt为它的背景图像，￡?rg)表示当前帧图像仁的 非下采样小波变换的低频通道子图和高频通道子图；s = 1，2, K，S，表示小波变换的层数， 在视频运动目标检测方法中，令S = 3 ;〇 = 1，2, 3, 4,分别依次表示低频通道以及高频通道 的水平、垂直和对角三个方向。
[0018] 作为本实用新型的进一步限定方案，，所述步骤2中L的取值范围为2~4 ;步骤 4. 2中M的取值范围为7~13 ;L为2时，M为7 ;L为3时，M为10 ;L为4时，M为13。采 用7~13个频率子图的海明距离均值作为该坐标位置的像素的海明距离，不仅提高了计算 精度、确保了运算效率，而且也能够避免偶然事件的发生，具有较高的可靠性。
[0019] 作为本实用新型的进一步限定方案，步骤4中，N的取值为16,将每个小波变换子 图划分成16X 16像素的非重叠像素块，计算背景图像和当前帧图像的对应像素块的纹理 差异：
[0020] 步骤4. 1，对于背景图像和当前帧图像，计算同一小波分解层的同方向频率子图的 同一坐标位置的背景像素和当前帧像素的LBP二进制特征向量的海明距离；
[0021] 步骤4. 2中，M的取值为10,对于每个坐标位置的像素，在每个频率子图都对应一 个海明距离，计算10个频率子图的海明距离均值作为该坐标位置的像素的海明距离，从而 得到一个以像素海明距离为元素的矩阵，设LBPji，j，I t)为当前帧图像It的第m个小波 变换子图的坐标为（i，j)的像素的LBP特征向量，LBP ni(HBt)为当前背景图像Bt的第m 个小波变换子图的坐标为（i，j)的像素的LBP特征向量，LBP计算采用像素的8邻域，因 此LBP二进制特征向量是8维的，令=丨M/^(】).M/Ji(2)丄/j/<(8);，同时令 i叫"(/../為）二彳级#(1),M^(2)，L (8)丨，则当前进制特征向量LBP (i，j，It)和LBP (i，j，Bt)的海明距离为：
[0022]CO[0023] 式中，[0024](2)[0025] 因此，得到一个以像素海明距离为元素的矩阵HM(t);[0026] 步骤4. 3,将步骤4. 2得到的矩阵HM(t)划分成16 X 16像素的非重叠像素块，计算 矩阵内所有元素的均值作为该非重叠像素块的海明距离：[0027](5)[0028] 式中，η表示第几个非重叠像素块。[0029] 作为本实用新型的进一步限定方案，步骤5中，判断各个非重叠像素块是否满足 前景块判断条件，若当前非重叠像素块的海明距离大于等于设定的距离阈值《 2Μ(/?.?)且当前背景像素的像素数目大于设定的数目阈值λ 2，则标记该非重叠像素块为前景块，否 则标记该非重叠像素块为背景块，对于矩阵HM(t)的每个元素 HM(i，j，It)，用下式计算坐标 位置（i，j)的均值：[0030](3)[0031] 如果像素（i，j)满足下列条件，则该像素被判断为背景像素：[0032] HM (/, /, /,)>?! HM.ii, j) mi HM (i, j, I,) > λ\ (4).[0033] 式中，α !和λ !为调整参数，设为L 5彡α A 2· 5和14彡λ A 20 ;[0034] 对于当前帧图像仁的海明距离矩阵HM(t)的每个16X16的像素块，用下式计算 相同位置的前t-i个像素块的均值：[0035]C6)[0036] 如果当前块满足下列条件，则该像素块被判断为背景块：[0037] //；V/(/(./z) > a^ HM(I1.η) and MF__ B(n) > A2 .〇[0038] 式中，NP_B(n)为当前块中判断为背景的像素数目，〇2和λ 2为调整参数，设为 I. 1彡α 2彡1. 3和60彡λ 2彡90。
[0039] 本发明的有益效果在于：（1)采用非下采样小波变换替换现有的下采样小波变 换，具有变换的平移不变性的优点，更适合于局部纹理特征的精确检测；（2)采用LBP二进 制纹理特征描述方法替换现有的LBP直方图纹理特征描述方法，利用LBP的二进制数作为 纹理特征，并用海明距离度量像素级的局部细小纹理差异，再划分像素块，统计像素块级的 纹理特征，由细粒度到粗粒度逐级度量背景纹理和前景纹理的差异，不仅降低了计算的复 杂度，而且大大提高了运算速度和精度。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的方法流程图；
[0041] 图2为本发明的非下采样小波变换的结构图。
【具体实施方式】
[0042] 如图1所示，本发明的一种基于非下采样小波变换和LBP的视频运动目标检测方 法，其视频是用摄像头采集的压缩视频或非压缩视频，该视频的初始几帧或几十帧图像应 为不包含前景运动目标的背景帧，用以建立初始背景图像，包括如下步骤：
[0043] 步骤1，利用视频的初始几帧或几十帧不包含前景运动目标的图像建立初始的背 景图像，初始的背景图像建立方法是计算初始几帧或几十帧的像素灰度均值作为初始背景 图像的像素值，从而建立初始的背景图像；
[0044] 步骤2,对初始的背景图像和当前图像分别进行非下采样L层小波变换，分别得到 背景图像的小波变换子图以及当前图像的小波变换子图，其中，设I t为第t个当前帧图像， Bt为它的背景图像，_(/)表示当前帧图像It的非下采样小波变换的低频通道子图和高 频通道子图；s = 1，2, K，S，表示小波变换的层数，在本发明中，令S = 3 ;〇 = 1，2, 3, 4,分别 依次表示低频通道（〇 = 1)以及高频通道的水平（〇