一种运动目标阴影轮廓的两步检测算法
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收 稿 日期 ：Ｏ Ｏ０ —２ ２ ｌ一 ６１
基金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７０ ９ ； 育 部 新 世 纪 人 才 支 持 计 划 ； 技 部 动 漫 软 件 开 发 技 术 团 队支 持 ６８３７）教 科
（ 科发 高 ［ ０ ９ ５ ３ ）重 庆 市 科技 攻关 项 目（ ８ ８ 国 ２０］９ 号 ； ７１ ）
第２ ８卷
第 ３期
广西 师范 大学 学报 ： 自然科 学版
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ａ ｇ ｉ ｒ ｌ ｉ ｒｉ ： ｔｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒａ ｏ ｎ ｘ Ｎｏｍａ Ｕｎｖ ｓ ｙ Ｎａｕ ａ Ｓ ｉｎｅＥ ｉｏ Ｇｕ ｅ ｔ ｉ
Ｖｏ１ ２８ Ｎ ｏ ． ．３
Ｓ ｔ ２０１ ｅｐ ． ０
针对 上 述算 法 存在 的 问题 ， 本文 提 出 了基于 ８个相 邻域 像 素特性 与色 彩 空 间 向量模 型 不变 性 相融 合
的运 动 阴影检 测算 法 。 首先 利用 混合 高斯 模型 ［分 离 出带有 阴影 的运 动 目标 区域 ， ６ 对含 有 阴影 的运动 区域 进行 分类 ， 测 出疑似 阴影 区域 ， 检 然后 利用 阴影 区域 色彩 向量 在 空 间中与其 对 应 的背景 点颜色 向量 同方 向
题 ， 能 严 重 地 影 响 跟 踪 、 别 等 后 续 处 理 ， 此提 出 一 种 用 于 运 动 目标 阴影 检 测 的 改进 算法 。先 为 每 个 像 素 可 识 据 点 建 立 混 合 高 斯 模 型分 割 出 运 动 目标 ， 用 阴影 区 域 像 素 ８ 相邻 区 域 上 像 素点 的 亮 度 特 点判 断 疑 似 阴影 ， 利 个 然 后运 用 色 彩 空 间 向量 模 型 的 颜 色 不 变性 对 所 有 疑 似 阴 影 进 行 聚 类 ， 一 步 完成 阴 影 检 测 。试 验 结 果 表 明 ， 进
通 讯 联 系 人 ： 渝 （ ９ ０ ）女 ， 庆 人 ， 庆 邮 电大 学 教 授 ， 士 。Ｅ ｍａｌｗｕ ｕ ｃｕ ｔｅ ｕ ｃ 吴 １７ － ． 重 重 博 — ｉ ｙ ＠ ｑ ｐ．ｄ ．ｎ ：
该 方 法 检 测 精度 高 、 果 好 、 度 快 ， 广 泛 的应 用 前景 。 效 速 有 关 键 词 ： 景 建 模 ； 合高 斯 ； 影 检 测 背 混 阴
中图分类
文 章 编 号 ：０ １６０ （０ ０ ０ —１ ５０ １ ０ —６ ０ ２ １ ） ３０ ６—５
缩放 特性 对 疑似 阴 影进 一步 检 测 ， 服 了仅 利用 单 个像 素 阴影 检测 在 亮度 和 色度 上 容 易出 现较 大 的不 确 克 定性 问题 。
１ 相 关 技术 基 础
１ １ 阴影 的光 学特 性 ．
李 忠 武等 指 出 ， 影 区域 可看 作 半透 明 区域 ， 阴 影 区 内相 对 于背 景 图像 的 光学 增 益 是 小于 １的 定 阴 在 值 啪。 际视 觉经 验 也可得 到 同样结 论 ， 实 即在 一定 的亮 度条 件 下同 一物体 在 阴影 区域 内和 不在 阴影 区域 内
的色调 是近似 一 致 的 。 于 阴影 区域 内的物 体 ， 对 由于 色彩 没有 发生 变化 （ 或变 化 很小 可 以忽略 ） 只是 Ｒ ， ＧＢ ３个分 量 同乘 以某一 系 数 ＫⅢ 。同样 ， 彩 色 图像 转 成灰 度 图像 后 ， 将 阴影 部分 的 灰度也 是乘 以系数 Ｋ［ 。
一
般直 接 采用如 纹理 、 度 、 色 以及 饱和 度等 图像 像 素的 特征 进行 判 断 。Ｃ Ｎ ａｓｅ ｇ等 在 ＨＳ 颜 亮 颜 ＨＥ Ｂ ｉｈｎ Ｖ
色空 间中根 据 阴影 区域使 得背 景变 暗 、 背景 在被 阴影覆 盖 前后 的亮 度 比值 成 近似 线性 、 阴影 区域不 会使背 景像 素点 的色度 有很 大改 变 的特 点进行 阴影抑 制［ 。 ３ 叶丽燕 等利 用 ＨＳ 移 动 阴影 区域 的梯度 与相 关背 景 ］ Ｖ 的梯度相 似 来检 测 阴影 ［ ； ４ 杨俊 等在 ＲＧ Ｂ颜 色空 间利 用 阴影 区域 蓝 色分 量偏 高 的特 性 ， 归一 化 Ｂ 分量 对 和 原始 Ｂ分 量进 行 阈值 比较 来 检测 阴影 区域 ＿ 。但这 些方 法在 检测 阴影 的 同时都 会将 运 动 目标蓝色 分 量 ５ ］ 偏 高 的像 素 点误检 为 阴影 区域 ， 导致 运动 目标 出 现大面 积 的破碎 和 空洞 。
２１ ０ ０年 ９月
一
种运 动 目标 阴影 轮廓 的两步检测算法
王 玮， 李红 波 ， 吴 渝
（ 庆 邮 电大 学 网络 智 能研 究所 ， 庆 ４ ０ ６ ） 重 重 ０ ０ ５
摘
要： 由于 运 动 阴 影 具 有 与运 动 前 景 相 同 的特 性 ， 视 频 处 理 中分 割 前 景 时 存 在 误 把 阴 影 检 测 为 前 景 的 问 在
运 动 目标检 测作 为 机器视 觉 领域 中的底 层 ， 的 目标是 尽 可能精 确 地 从视 频 图像 序 列 中将 变 化 的区 它
域提 取 出来 ， 其检测 效果 对 如 目标分类 、 踪和 行 为理解 等 图像 的后期 处理 过 程产 生很 大 的影 响 。 跟 然 ， 在 检测 运动 目标时 ， 动 目标投 影 的运 动 阴影 也 会被 检测 为运 动 前景 的一 部 分 ， 运 造成 运 动 目标 的 合并 、 何 几 形变 、 甚至 丢 失 。如 何获 得更 好 的运动 目标前景 检 测效果 是 国 内外 学 者研 究 的热点 问题 。 现有 的 阴影检 测算 法主 要分 为两 类 ： 于模 型 的方法 口和 基于 特征 的方 法 ｌ引 前 者是 利 用场 景 、 动 基 ２。 ＿ 运 目标 、 光照 条 件等 先验 信 息建 立 阴影 的统 计模 型 ， 据此模 型 来判 别 每个 像 素 点是 否属 于 阴影 区域 ； 者 根 后
基金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７０ ９ ； 育 部 新 世 纪 人 才 支 持 计 划 ； 技 部 动 漫 软 件 开 发 技 术 团 队支 持 ６８３７）教 科
（ 科发 高 ［ ０ ９ ５ ３ ）重 庆 市 科技 攻关 项 目（ ８ ８ 国 ２０］９ 号 ； ７１ ）
第２ ８卷
第 ３期
广西 师范 大学 学报 ： 自然科 学版
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ａ ｇ ｉ ｒ ｌ ｉ ｒｉ ： ｔｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒａ ｏ ｎ ｘ Ｎｏｍａ Ｕｎｖ ｓ ｙ Ｎａｕ ａ Ｓ ｉｎｅＥ ｉｏ Ｇｕ ｅ ｔ ｉ
Ｖｏ１ ２８ Ｎ ｏ ． ．３
Ｓ ｔ ２０１ ｅｐ ． ０
针对 上 述算 法 存在 的 问题 ， 本文 提 出 了基于 ８个相 邻域 像 素特性 与色 彩 空 间 向量模 型 不变 性 相融 合
的运 动 阴影检 测算 法 。 首先 利用 混合 高斯 模型 ［分 离 出带有 阴影 的运 动 目标 区域 ， ６ 对含 有 阴影 的运动 区域 进行 分类 ， 测 出疑似 阴影 区域 ， 检 然后 利用 阴影 区域 色彩 向量 在 空 间中与其 对 应 的背景 点颜色 向量 同方 向
题 ， 能 严 重 地 影 响 跟 踪 、 别 等 后 续 处 理 ， 此提 出 一 种 用 于 运 动 目标 阴影 检 测 的 改进 算法 。先 为 每 个 像 素 可 识 据 点 建 立 混 合 高 斯 模 型分 割 出 运 动 目标 ， 用 阴影 区 域 像 素 ８ 相邻 区 域 上 像 素点 的 亮 度 特 点判 断 疑 似 阴影 ， 利 个 然 后运 用 色 彩 空 间 向量 模 型 的 颜 色 不 变性 对 所 有 疑 似 阴 影 进 行 聚 类 ， 一 步 完成 阴 影 检 测 。试 验 结 果 表 明 ， 进
通 讯 联 系 人 ： 渝 （ ９ ０ ）女 ， 庆 人 ， 庆 邮 电大 学 教 授 ， 士 。Ｅ ｍａｌｗｕ ｕ ｃｕ ｔｅ ｕ ｃ 吴 １７ － ． 重 重 博 — ｉ ｙ ＠ ｑ ｐ．ｄ ．ｎ ：
该 方 法 检 测 精度 高 、 果 好 、 度 快 ， 广 泛 的应 用 前景 。 效 速 有 关 键 词 ： 景 建 模 ； 合高 斯 ； 影 检 测 背 混 阴
中图分类
文 章 编 号 ：０ １６０ （０ ０ ０ —１ ５０ １ ０ —６ ０ ２ １ ） ３０ ６—５
缩放 特性 对 疑似 阴 影进 一步 检 测 ， 服 了仅 利用 单 个像 素 阴影 检测 在 亮度 和 色度 上 容 易出 现较 大 的不 确 克 定性 问题 。
１ 相 关 技术 基 础
１ １ 阴影 的光 学特 性 ．
李 忠 武等 指 出 ， 影 区域 可看 作 半透 明 区域 ， 阴 影 区 内相 对 于背 景 图像 的 光学 增 益 是 小于 １的 定 阴 在 值 啪。 际视 觉经 验 也可得 到 同样结 论 ， 实 即在 一定 的亮 度条 件 下同 一物体 在 阴影 区域 内和 不在 阴影 区域 内
的色调 是近似 一 致 的 。 于 阴影 区域 内的物 体 ， 对 由于 色彩 没有 发生 变化 （ 或变 化 很小 可 以忽略 ） 只是 Ｒ ， ＧＢ ３个分 量 同乘 以某一 系 数 ＫⅢ 。同样 ， 彩 色 图像 转 成灰 度 图像 后 ， 将 阴影 部分 的 灰度也 是乘 以系数 Ｋ［ 。
一
般直 接 采用如 纹理 、 度 、 色 以及 饱和 度等 图像 像 素的 特征 进行 判 断 。Ｃ Ｎ ａｓｅ ｇ等 在 ＨＳ 颜 亮 颜 ＨＥ Ｂ ｉｈｎ Ｖ
色空 间中根 据 阴影 区域使 得背 景变 暗 、 背景 在被 阴影覆 盖 前后 的亮 度 比值 成 近似 线性 、 阴影 区域不 会使背 景像 素点 的色度 有很 大改 变 的特 点进行 阴影抑 制［ 。 ３ 叶丽燕 等利 用 ＨＳ 移 动 阴影 区域 的梯度 与相 关背 景 ］ Ｖ 的梯度相 似 来检 测 阴影 ［ ； ４ 杨俊 等在 ＲＧ Ｂ颜 色空 间利 用 阴影 区域 蓝 色分 量偏 高 的特 性 ， 归一 化 Ｂ 分量 对 和 原始 Ｂ分 量进 行 阈值 比较 来 检测 阴影 区域 ＿ 。但这 些方 法在 检测 阴影 的 同时都 会将 运 动 目标蓝色 分 量 ５ ］ 偏 高 的像 素 点误检 为 阴影 区域 ， 导致 运动 目标 出 现大面 积 的破碎 和 空洞 。
２１ ０ ０年 ９月
一
种运 动 目标 阴影 轮廓 的两步检测算法
王 玮， 李红 波 ， 吴 渝
（ 庆 邮 电大 学 网络 智 能研 究所 ， 庆 ４ ０ ６ ） 重 重 ０ ０ ５
摘
要： 由于 运 动 阴 影 具 有 与运 动 前 景 相 同 的特 性 ， 视 频 处 理 中分 割 前 景 时 存 在 误 把 阴 影 检 测 为 前 景 的 问 在
运 动 目标检 测作 为 机器视 觉 领域 中的底 层 ， 的 目标是 尽 可能精 确 地 从视 频 图像 序 列 中将 变 化 的区 它
域提 取 出来 ， 其检测 效果 对 如 目标分类 、 踪和 行 为理解 等 图像 的后期 处理 过 程产 生很 大 的影 响 。 跟 然 ， 在 检测 运动 目标时 ， 动 目标投 影 的运 动 阴影 也 会被 检测 为运 动 前景 的一 部 分 ， 运 造成 运 动 目标 的 合并 、 何 几 形变 、 甚至 丢 失 。如 何获 得更 好 的运动 目标前景 检 测效果 是 国 内外 学 者研 究 的热点 问题 。 现有 的 阴影检 测算 法主 要分 为两 类 ： 于模 型 的方法 口和 基于 特征 的方 法 ｌ引 前 者是 利 用场 景 、 动 基 ２。 ＿ 运 目标 、 光照 条 件等 先验 信 息建 立 阴影 的统 计模 型 ， 据此模 型 来判 别 每个 像 素 点是 否属 于 阴影 区域 ； 者 根 后