运动目标检测

2021/3/10
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背景减法
定义
背景减法，或称背景差法，是目前运动检测中的主流方法，它是利用含有运动目标的当前图像与 背景图像的差分来检测运动区域的一种技术，将当前帧与背景图像进行差分比较实现对运动区域 的检测，其中区别较大的像素区域被认为是运动区域，而区别较小的像素区域被认为是背景区域。
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基于MATLAB的背景减法实验
用事先存储或者实时得到的背景图像序列作为背景模型，将当前含运动 目标的图像帧和背景模型相减，其次，将计算结果在一定阈值T限制下 进行二值化，判断出当前图像中出现的偏离背景模型值较大的像素，则 为出现的运动目标像素。
相减后的图像，一般要进行连通性分析，判断此区域是否 为运动前景或者为噪声。去噪，剔除过小噪声。
03 流光：它是一个定义了每个像素运动矢量的密集场。先假定连续帧中对应像素的亮度值恒
流 光 定，接着根据亮度约束进行计算，常应用于运动目标分割和跟踪。
04 纹理：它是量化物体表面强度变化的量，一般需要生成描述算子灰度共生矩阵等使用纹理
纹 理 特征进行运动目标检测。
本文主要研究帧差法与背景减法。帧差法利用前后帧的边缘特性，
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背景减法程序
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背景减法结果
图4-3 第一帧
图4-4 第98帧
图4-5 背景帧
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图4-6 当前帧
图4-7 二值化后
或应用，如目标跟踪、目标分类、目标行
为理解等的基础。 2021/3/10
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应用
智能监控系统能够处理从摄像机捕捉 到的视频数据，并控制整个视频监控 系统，从而赋予视频监控类似人类的 智能， 运动目标检测广泛应用于智能 交通系统中，可以通过目标检测技术 来判断道路交通状况，如：车辆超速、 违规、交通事故等，也可监测交通流 量，以使交通指挥人员做出合理的调 度。运动目标检测在军事、安检和航 空航天等领域也得到越来越多的研究， 一些项目已经在实际应用中取得了相 当不错的效果。
图4-4 第99帧
图4-5 二值化
图4-6 第97帧
使用帧间差分法，需要考虑如何选择合理的时间间隔，这一般取决于运动目标的速度。对于快速 运动的目标，需要选择较短的时间间隔，如果选择不当，最坏情况下目标Leabharlann Baidu前后两帧中没有重叠， 被检测为两个分开的目标；对于慢速运动的目标，应该选择较长的时间间隔，如果选择不当，最 坏情况下目标在前后两帧中几乎完全重叠，根本检测不到目标。
实验数据以静态背景下的视频为例，以常见的车辆与行人作为要检 测的运动目标。得到运动图像后，一般要进行连通性分析，常用的 方法是先计算某一连通区域的面积，如果其面积大于事先设定的阈 值，那么判断此区域为运动前景，否则为噪声，要去除。
MATLAB语法结构简单，并 具有极强的数值计算、图形 文字处理、数据分析和图形 绘制等功能，效率比较高。 本文涉及的背景法与帧差法 都是在MATLAB环境中实现 运动目标检测。
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运动目标检测的基础
在进行运动目标检测时，运动目标的特性与背景存在差异才能检测出来。一些常见的目标特性可以概括 如下：
01
颜色
02
边缘
颜色：目标的外观颜色与背景不同，可以对其进行检测。在图像处理中，RGB颜色空间与HSV 颜色空间都有广泛应用。
边缘：目标的边缘通常会有较大的亮度变化，而边缘检测可以捕捉这变化。边缘这一特性 不易受阳光等外界因素影响，比较简单精确。
背景减法中主要基于目标的颜色特性。
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帧差法
帧差法是最为常用的运 动目标检测和分割方法 之一，在图像序列相邻 两帧或三帧间对应像素 灰度值发生变化，通过 这些差异提取出图像中 的运动区域。
将相邻帧图像对应像素值相 减得到差分图像，然后对差 分图像二值化，在环境亮度 变化不大的情况下，如果对 应像素值变化小于事先确定 的阈值时，可以认为此处为 背景像素；如果图像区域的 像素值变化很大，将这些区 域标记为前景像素
步骤
首先，用事先存储或者实时得到的背景图像序列作为背景模型，将当前含运动目标的图像帧和 背景模型相减，其次，将计算结果在一定阈值T限制下进行二值化，判断出当前图像中出现的 偏离背景模型值较大的像素，则为出现的运动目标像素。由于运动目标与背景在灰度或色彩上 存在差异，相减、阈值操作后得到的结果直接给出了目标的位置、大小、形状等，从而可得到 较完整的目标信息。
运用三帧差分所检测出的运动目标，可以有效的检测出运
动物体，能够较清晰地得到运动物体的轮廓。
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帧差法流程图
图4-1 三帧差分法
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帧差法程序
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帧差法程序
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帧差法结果
图4-2 第97帧
图4-3 第98帧
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本文选取某一原始帧作为背景，实际中是对背景图像序列每一个像 素进行统计建模得到背景模型，常采用的建模方法有很多，例如高 斯背景建模，背景建模对目标检测的准确性起了重要作用。
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背景减法流程图
图4-7 背景减法
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背景减法程序
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原理
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基于MATLAB的帧差法实验
两帧差分法是最简单的运动目标检测方法之一，由于其运 算量比较小，容易实现。然而由于两帧差法进行运动目标 检测是前后两帧求差的运算，可能会携带两帧的运动细节， 从而检测出的目标可能会比实际目标要大，或不准确。
本文用三帧差分法代替两帧差分法进行目标检测。三帧差分法就是 先对图像进行两帧差分，再对差分后的图像进行“与”运算，从而 可以得到两个差分图像的相同区域，避免了两帧差中检测出的目标 被拉长拉高的现象。
基于背景减法和帧差法的运动目标检测
电子与通信工程 1670737
运动目标检测
概述
运动目标检测是指对序列图像使用基于信
号检测的方法自动分离出运动像素点和静
止像素点，将变化区域从背景图像中提取
出来，一般是确定目标所在区域和颜色特
征，即检测出场景中相对运动的目标的过
程。运动目标检测通常处于计算机图像、
视频处理工作底层，是各种后续高级处理