若干背景建模方法的分析和比较

,
。
。
其 与静止 背 景 分 离开
该 模 型 具 体说 来
,
有 可 能造成 较大 的虚警率
为 每 个 像 素允许 的最 大 模 型 个 数 开 始 时 设 一
就 是针对 每 个 固 定 的像 素 点
。
个 初始标 准 差
素
于
,
当读 入 一 幅 训 练 图像 时
。
,
将用 它 的
,
计算
帧 训 练 图像序 列 中该 点的像素值 的
那 些码 字
。
这 样 做 的 目 的 是 滤 除 码 书 中 可 能代 表 前 景 图像 的 最 后 再 经 过 空 域 滤波
,
将 上 一 步错 误 删
除 的代 表 较 少 出 现 的 背 景 状 态 的码 字 恢 复 到 码 本 中
。
根 据 上 面 的介 绍 和 讨 论
景 建模 方法 归 纳 在表
,
就 可 以判断前 景 或 者 是 背 景
建 立 一 个 新 的模 型 如 果 已 经 判 断 了
新 模 型 均值 即 为 该 像 素 点 的值
。
荃 于 统计 的背 录相减 方法
该 方法
和 色度 的 模 型
则 将权 重 最 小 的模 型 替换 为新
这 时再 设
简称
, ,
一
采 用 将 颜色 分 解 为 亮度
背 景 建 模 的过 程 是 对 训 练 视 频 序 列 的学 习 过
随 着 社 会 对 安全 要 求 的 日益 重 视 和 提 高 监 控 成 为 了一 个 热 点话 题 测
。 。
视频
程
。
在 训 练 阶段
,
通 过 学 习 一 段 训 练 图像序 列 来提
,
视 频 监 控 系 统 中的 一 个
取 这 个 视 频 序 列 中的背 景 特 征
运 动 背 景下 的 背 景 建模 模
基 于 混 合 高斯 模型 基于码 本 的建模
实验结 果和 讨 论
实验 数 据 采 用 了 微 软 通 用 图像 数 据 库 中 的
和
、
里 三 个序列
。
,
共
帧
,
每 幅彩色 图 像 的尺 寸 为
实验 时
,
对 每 幅 测试 图 像
。
,
用 图像 编辑 软 件检
。
测 出 参 考结 果
物 体 的检测
。
然后 利
得 到运 动 前 景
,
一
用 帧 间 背 景 相 减 的 方 法 完 成 对 视 频 序 列 中 的运 动
检 测 阶段
进行处理
用 背 景 模 型 对 需要 检 测 的视 频 序 列
,
背 景 相 减 法 的基 本 思 路 是从 当前 图 像
。
般 采用 背 景 相 减 法
。
提取 出 当前 图
用计 算 出来 的均 值
,
像 素 值 来 更 新 原 有 的背 景 模 型
倍 的标 准 差
, ,
对 一 个特 定 的 像
个样 本的均值 和 方差
这 个均值 根据
一
和方
。
如 果它 的像 素 值 与 某个高斯 模 型 的 均 值 的差 小
那 么 认 为 这 个像素 与 该 模 型 相
。
差 口就 可 以唯 一 确 定 该 单 高 斯 背 景 模 型
器 错 误 滤 除 的代表较少 出现 的 背景 的码 字 题 和 运动背 景 下 的 背景建模 问题 它 建 模 的基 本 思 想 是
,
。
可 以处 理 静 止 背 景 下 含 有 运 动 前 景 的 背 景 建 模 问
先根据视 频序 列产 生 最 中
。
初的 码本
“
,
借助 码 字
”
的一 个 参 数 最长 未 出现 时 间 进行 时域 滤波 处理
从 而 建立 一 个 数学
基本 要 求 就 是 前 景 目标提 取
有 时 也 称 运 动 目标 检
, ,
模 型 来描 述 这 个 背 景 检 测 阶段 减运算
,
。
由于 视 频监 控 中的摄像 机 通 常 是 固 定 不 动 的
,
将检 测 图像 和 背 景 模 型进 行 相
。
所 以通 用 的方 法 是 首 先 对 进 行 背 景 的 建模
为 克 服 单 高斯模 型 不 能 处 理 背 景 中 有 运 动 目
,
背 景 建模 的方法 很 多
常 用 的 比较 典 型 的 有
标 的 问题
,
可 引入 混 合 高斯 模 型
, ,
。
对 背景
基 于 单 高斯 模型的方法
该 模 型 认 为 像 素 点 的值 在 视 频 序 列 中 服 从 高 斯 分布
这 主 要 是 由 于 前 者 将亮 度 和 色 度 并利 用 色 度 的背 景相 减 的 结 果
。
,
要 检 测 的 是 进 入 场 景 的人
图
给 出对 应 的
参 考检 测 结 果
第十三 届 全 国图象 图形 学学 术会议 衰 静止 背景下 无运 动前景时背景建棋统计 结果
方法
基 于单商斯模型 墓 于 统计的背景 相减法
检 测 性 能 和 适用 性提供 了第 一 手 的 材 料 所 用方法 进 行 介 绍
,
帧含 运 动 前 景的训 练 图像 设 定 一 个最 小
对 每个像素 点 的 长 度 为 的像 素 值在 时刻
尹 、 破
,
下 面 先对
。
的序列进行 截
,
然 后 给 出实验结 果 并讨论
取
,
得到 像 素值 相对 稳定的子 序 列 乓 的值为 从
第十三 届全 国图象图形 学学术会议
若 干 背景建 模 方 法 的 分 析 和 比较
李小 鹏
清华 大学 电子 工 程系
,
严严
《 〕
,
一
章毓晋
刃
川
舫
氏
北京
,
摘要
前 景 检测是视频 监 控系统 的一 个基 本 要 求
,
,
,
也 是 进 一 步进行 目标分析 的基础
。
。
视频监控 系统 中前景检 测
,
常用 的方法 是 背景相 减
,
类
,
其 中 寿是设定 的 门限
无运 动 前景
,
一 般 常取 为
背景 静止 背 景运 动 背景 静止
背景运 动
然 后 就 可 以 利 用 单 高斯 模 型 或 者 基 于 统 计 的 背 景 相减 方 法对 背景 进行 建 模
无运动 前景
,
含 运动 前 景
含运 动前景
,
。
墓 于 混合 高斯 模 型的方法
,
的结 果 , 止背 景下 无 运 动 前 景时的背景 建模 图
背景
,
可 见 两 者 的虚 替 率 比较接 近
,
但 基 于 统计 的 背
景 相 减 法 的检 测 率 比 基 于 单 高斯 模 型 的 方 法 的检
给 出三 幅 测 试 图像
。
,
初 始 场 景 中 只 有静 止
。
测 率 有 明显 提 高 分离开 分 别计算
但它 也 只 适 用 于 静
李小鹏等
,
若干 背景 建模方法 的分 析和 比较
在基 于 码 本 的建 模 方 法 中 每个 码 字代 表 一 个 状态
码字
,
。
通过 一 个 时域 滤波 器 滤除 代 表 运 动 前 景 的
,
再通 过 一 个 空 域 滤 波 器 恢 复那 些 被 时 域 滤 波 这 样就
验 比较
。
。
在此基 础 上
前景 检测
,
对各种 方法 的相对 性 能和 适 用 性进 行 了分 析 和讨 论 背 景 相减 视频 监 控
。
关性 词
背 景建 模
一
,
,
一
今
侧刃 别
川
月
,
俪
丁
仍
贻
,
,
,
,
而
】
,
一
刀
地
视 频序 列 中运 动 前 景 的 主 要 步 骤 有 三 个
引
言
,
训 练 阶段
,
进 行背 景 建模
。
克 服 了 单 高 斯 模 型对 光 照 强 度 敏感
定 一 个初始标准 差 都 训练过
。
如此 进行
,
直到
帧 训 练 图像
带 来 的 问题
明 变化
提 高 了检 测率
它 可 以解 决局 部照
,
如 影 子 和 高亮 部 分
带 来 的 问题
。
也可 以
基 于 码 本 的建模 方法
处理 全 局 照 明 变 化 带 来 的 问题
用 测 试 的 各种 背 景 建 模 方 法 对 测 试
,
图 像 进 行 目标 检测 果 与参 考 结 果 比 较
得 到 二 值检 测 结 果
分 别 统 计检测 率
将 检测 结
图
,
检测 出 的实
和虚
图
图
际 前景 的 像 素 数 占真实前 景 的 像 素 总 数 的 比
警率
检 测 出 的本 不 属 于 前 景 的 像 素 数 占所 有检 测
显 变化
。
的多个 状态分 别 建 模 新该状态 的模 型参 数 背景建 模 问题
。
根 据 数 据 属 于 哪 个状 态 来 更
这 样 就 解 决 了运 动 背 景 下 的
,
这 种模 型适用 于 较 长 时 间内光 照 强 度 无 明 同时 检 测 期 间 运动前 景 在背 景 中的阴 影 较
。
不过
当背 景 的 状态较 多 时
。
,
该
,
模 型在对 背 景 建 模 时 还 会 遇 到 一 些 问题
训 练 图像 设
,
小 的情 况
它对 光 照 强度 的 变化 比 较 敏感
,
在场 景
。
基 于 混合 高斯 模 型 的基 本 方法 是 依次 读 取
帧
下面
中有 运 动 前 景 时
由 于 只 有 一 个模 型
, ,
,
所 以不 能 将
每 次对 每 个 像 素 点进 行迭代建模
,
为用 基于 单高斯模 型 的方法对 图 建模 检 测 的结 果 图 为用 基 于统计 的背景相 减 的方法 对 图 建模检测 的结果
。
为前景 的像素数 的 比
以它 们 作 为 指标 进 行 评 测
。
下 面 分 别介 绍 针 对 三 个序列进 行 的三 组 实验
表 果
。
给 出 对 两种方 法 检 测 率 和 虚警 率 的统 计 结
,
斯 模 型 或者 基 于 统 计 的背景相 减 方法对 背 景 建模
背 景 下 无 运 动 前 景 的背景 建模 问题【 对
长度
,
。
从 而 将 含 运 动 前 景 时 的背 景 建模 问题 转 化 为 静 止 利 用 开放 的
。
本 文对 一 些 典 型 的背景 建模 方法
,
微软通 用视 频 库【 进 行 了测试 对 了解 各种方法 的
,
。
,
年清华 大 学 电子 工 程 系本科 毕 业
,
获工 学 学 士 学 位
。
第十三 届 全 国图象图形 学学术会议
更新 阶段
,
更新背景 模型 参数
, ,
止 背景 下无运 动 前景 的背景建模
。
由于视频 监 控通 常是全 天 候的工 作 监 控场景 的光 照 会随着 时 间而 发生变 化
外 界 因 素的影 响 当 时 实 际 的情 况
而 背 景相减 的关键 是 如何从视频 序 列 中建 立 背 景模 型
针对不 同 的应用环 境
,
人们 己
提 出 了 多种背 景建模 的方 法
,
常用 的如基 于 单高斯 模 型 的方 法
,
基于 混 合 高斯 模 型的方 法
,
基 于 统计 的背景建
模 方法 基 于 码 本 的方法 等 本 文 借助 开 放 的微 软通用视频 库【 〕 对若 千 现 有 的背 景 建模 方法 进 行 了 实现 和 实
。
羞于 圈像序列初始化 的方法
该 方 法 通 过 提 取 图 像 序 列 中各 像 素 点 上 的 稳 定子 序列 将 背 景 数 据提取 出 来
,
有时摄 像 头 会受到
。
Baidu Nhomakorabea
如风
,
人 为 的调 整 等
,
这些 因
然 后 可 以采 用 单 高
,
素都促 使对 背 景 模 型进 行 更 新
使其 参 数能够 反 映
检测 的 结 果
静止 背景 下 的 背 景 建模
基 于 单高斯模 型 基 于 统计 的背景相 减
图
给 出用基 于 统计 的 背 景 相减 方法
。
基 于 视频序列初 始 化 基 于 码 本 的 建模 模
对图
建 模 检 测 的结果
对 比 两 图看
。
,
基 于 统计 的
背 景相 减 方 法 给 出 较 好 的 结 果
,
中减 去 参考 图像
这 个 参考 图 像 是通 过 训 练 和 学 习
。
像 中 与 背 景 模 型 中性 质 不 同 的 像 素 点
组 成 的 图 像 是运 动 前 景
这 些像 素 点
视 频 序 列 而 获 得 的背 景 模 型
基 于 背景建模 来 提 取
羞金 项 目 国 家 自然 科 学基金 第 一 作者简介 李 小鹏 男
也 就 是说
比较
。
和 方 差 口 是该 单高 斯 模 型 的全 部参 数
适应
即
则用 它 的 像 素 值 更 新 该 模 型 的 均值 和 方 差
,
。
背 景 相 减 后 的值与 闽值
‘
取
倍 的方 差
,
如 果 当 前 像 素 点 模 型 个数 小 于 它 们 都 不 符 合 条件 的模 型
, ,
则对 这 个像素 点 个 模型并且
、‘ , 一
‘, ,
设第
,
个
个子
子 序列
第
方 法分 类分 析
具 体 的应用场 景 中一 般 包括 前 景 和 背 景 到 前 景 和 背景 的运 动与 否
况 分成 以下
, ,
序 列应 满足
、
‘
,
‘ ‘
考虑
了 、
价 ‘
门 ｝
、 ‘ 矛产
兀 界
一
矛 任 伙
可 将需要 背 景 建 模 的 情
气
,
一 义、
一
表
,
可 将 各种情 况 下 的 背
中
。
图 图 图 为三 幅用 于 在静止 背 景 下 无运 动前 景时 的背 景建 模的测 试 图象 图 为与 图 对应 的参 考检 测 结果
。
各种情 况 下 的 背景 建模方法
无运 动前 景
含 运动 前景
图
给 出 用基 于 单 高斯 模 型 的方 法对 图 建 模
。