專利名稱：一種前景分割問題的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻處理領(lǐng)域，具體涉及前景分割結(jié)果的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
視頻中的運動目標(biāo)分割廣泛應(yīng)用在與視頻監(jiān)控有關(guān)的多種智能系統(tǒng)中，分割的質(zhì)量直接影響對關(guān)注目標(biāo)的檢測、跟蹤、識別、理解等一系列運動分析的準(zhǔn)確性。目前前景分割常用的ー些方法有幀差法、背景減、光流法、背景建模法，這些方法各有利弊，背景減和幀差法方法相對簡単，實時性好，但對背景環(huán)境要求較高，在雜亂背景或光照變化較大的場景中，效果較差；光流法計算量較大，實時性差 ，而且對背景光照敏感，會產(chǎn)生較大誤差；背景建模方法，對背景場景的每ー個像素建立ー個模型，并可以對像素模型進行更新，此方法在復(fù)雜變化環(huán)境下效果較好；上述方法廣泛應(yīng)用于視頻處理領(lǐng)域，但是這些前景分割方法在進行分割計算時都沒有考慮到像素之間的相關(guān)性，所以在進行前景分割時會出現(xiàn)目標(biāo)物體的空洞現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本文發(fā)明提出了一種對視頻圖像的前景分割結(jié)果進行優(yōu)化的方法，要解決的技術(shù)問題是前景分割后的空洞現(xiàn)象的優(yōu)化問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提出基于置信傳播思想的前景分割結(jié)果優(yōu)化方法，通過在像素之間傳播消息，加強像素之間的關(guān)聯(lián)，很好的解決了空洞現(xiàn)象。方法大體上包括以下幾步A、首先獲取原始視頻幀圖像，通過前景分割方法，得到初始的前景分割圖像；B、在此分割圖像的原始圖像中，計算每一個像素在圖像空間中的連續(xù)性值；C、在圖像四個方向并行進行ー維消息的傳遞；D、計算每一個像素的狀態(tài)相似度；E、確定當(dāng)前圖像的前景分割優(yōu)化結(jié)果；在步驟A中，進ー步細化為Al、獲取視頻幀圖像I，圖像的大小為MXN，在圖像中建立x-y坐標(biāo)系，x軸方向上的像素點數(shù)為M, y軸方向上的像素點數(shù)為N,規(guī)定圖像中任意點像素i的坐標(biāo)為(Xi, Yi)；A2、利用前景分割方法，對視頻幀圖像進行前景分割，得到初始的前景分割圖像C，在初始的分割圖像中每個像素點只有兩個狀態(tài)，屬于前景或者屬于背景；在步驟B中，進ー步細化為BI、對輸入的視頻幀圖像I，利用計算每個像素點的梯度值，得到視頻幀圖像I相應(yīng)的梯度圖像G，定義像素i的梯度值為G(Xi，yi)；B2、根據(jù)公式(I)計算像素點i的連續(xù)性值，其中Z為梯度圖像G中的最大值W (X,, .V’,. ) = —[Z- (/(X,, .V,.)](I)
在步驟C中，可以進一歩細化為Cl、初始化像素點i的狀態(tài)值小(Xi, Yi)，小(Xi, Yi)由像素點i在初始前景分割圖像C中的狀態(tài)決定；公式具體定義為
權(quán)利要求
1.ー種前景分割問題的優(yōu)化方法，其特征在于步驟如下 A、首先獲取原始視頻幀圖像，通過前景分割方法，得到初始的前景分割圖像； B、在此分割圖像的原始圖像中，計算每一個像素在圖像空間中的連續(xù)性值； C、在圖像四個方向并行進行ー維消息的傳遞； D、計算每一個像素的狀態(tài)相似度； E、確定當(dāng)前圖像的前景分割優(yōu)化結(jié)果； 在步驟A中,進ー步細化為 Al、獲取原始視頻幀圖像I，圖像的大小為MXN，在圖像中建立x-y坐標(biāo)系，x軸方向上的像素點數(shù)為M, y軸方向上的像素點數(shù)為N,規(guī)定圖像中任意點像素i的坐標(biāo)為(Xi, Yi)； A2、利用前景分割方法，對圖像進行前景分割，得到初始的前景分割圖像C，在初始的分割圖像C中每個像素點只有兩個狀態(tài)，屬于前景或者屬于背景； 在步驟B中，進ー步細化為 BI、對輸入的視頻幀圖像I，計算每個像素點的梯度值，得到圖像I相應(yīng)的梯度圖像G，定義像素i的梯度值為G (Xi, Yi)； B2、根據(jù)公式(I)計算像素點i的連續(xù)性值Ψ (Xi，yi)，其中Z為梯度圖像G中的最大值 Ψ (ズ,，ア / ) = y[Z-(V(.v,, JA)](I) 在步驟C中，進ー步細化為 Cl、初始化像素點i的狀態(tài)值Φ (Xi, yi)，公式具體定義為 ,{I,像素在E初始分割圖像C中為前景；1A Io，像素/在初始分割圖像C中為背景；… C2、計算圖像I中每ー個像素點的消息值； 在步驟C2中，進ー步細化為 C21、初始化圖像中四個邊界上的像素點的消息值，具體如下 初始化圖像最左側(cè)一列上每個像素點的消息值，m(0，P)表示坐標(biāo)為(0，p)的像素點的消息值，在P的取值范圍內(nèi)依次初始化最左側(cè)一列上每個像素點的消息值，公式如下m(0, ρ) = Φ (O, ρ) ψ (O, p) {p |p e [O, N-l]} (3) 初始化圖像最右側(cè)一列上每個像素點的消息值，m(M-l，ρ)表示坐標(biāo)為(M-l，p)的像素點的消息值，在P的取值范圍內(nèi)依次初始化最右側(cè)一列上每個像素點的消息值，公式如下m(M_l, ρ) = Φ (M-1, ρ) ψ (M-1, ρ) {ρ I ρ e [O, N-l]} (4) 初始化圖像最上側(cè)一行的每個像素點的消息值，m(s，O)表示坐標(biāo)為(S，O)的像素點的消息值，在s的取值范圍內(nèi)依次初始化最上側(cè)一行的每個像素點的消息值，公式如下m(s，0) = (j5 (s，O) Ψ (s，O) {s|s e [1，Μ-2]} (5) 初始化圖像最下側(cè)一行每個像素點的消息值，m(s，N-l)表示坐標(biāo)為(s，N-l)的像素點的消息值，在s的取值范圍內(nèi)依次初始化最下側(cè)一行的每個像素點的消息值，公式如下m(s, Ν-1) = Φ (s, Ν-1) Ψ (s, N-l) {s | s e [1，M_2]} (6) C22、在圖像中以邊界像素點為傳遞的起點，同時進行自左至右，自右至左，自上至下，自下至上四個方向的ー維消息傳遞，在每一次傳遞過程中，分別按照上述方向在相鄰像素之間進行消息傳遞，直到傳遞到這個方向上的最后ー個像素結(jié)束； 計算圖像I中非邊界的像素點i的消息值rn(Xi，yi)，公式如下 (7) 其中m(xk，yk)是像素i的相鄰像素k的消息值；在不同的傳遞方向上，相鄰像素k與i的位置關(guān)系不同，像素點i計算出來的消息值不同，在四個傳遞方 向上公式的具體解釋如下 在自左至右的傳遞方向上，像素k是像素i的左側(cè)相鄰像素； 在自右至左的傳遞方向上，像素k是像素i的右側(cè)相鄰像素； 在自上至下的傳遞方向上，像素k是像素i的上側(cè)相鄰像素； 在自下至上的傳遞方向上，像素k是像素i的下側(cè)相鄰像素； 在步驟D中，進ー步細化為 D1、根據(jù)步驟C，在同時進行了四個方向的消息傳遞后，圖像中的每個像素都會得到來自它的相鄰像素點的消息值； 像素j的坐標(biāo)為(Xj，yP，j的相鄰像素的個數(shù)為num(Xj，yj)，表示像素j在傳遞結(jié)束后得到的相鄰像素傳遞的消息值的個數(shù)為num(& Yj)； 在四個方向的消息傳遞結(jié)束后像素j得到消息值的和為meSS(Xj，yP，計算公式如下mess (Xj, Yj) =m(Xj_l, y』)+m(Xj+l, y』)+m (Xj, Yj-I) +m(Xj, Yj+1)，Uj-I - 0，y』_l 彡 0，Xj+1^ M-l, yj+1 ^ N-l) (8) 等號右邊是傳遞結(jié)束后像素j得到的相鄰像素傳遞的消息值，每個像素最多得到4個消息值；公式(8)的限定條件是Xj-1, yj_l,Xj+l, yj+Ι要在圖像大小MXN范圍內(nèi)，對于超出范圍的項，取消該項的消息值的計算；每個像素點按照此規(guī)則對得到的相鄰像素傳遞的消息值進行求和； D2、根據(jù)像素點j得到的消息和mess (Xj, Yj)與該像素點相鄰像素的個數(shù)num(Xj，yj)，進行求平均運算，得到此點的狀態(tài)相似度值b (Xj, Yj)，具體計算如下式mess KXj,yj) =-, 、(9) num(Xi,yi) 在步驟E中，進ー步細化為 E1、本發(fā)明對初始分割圖像C中的前景空洞的填充程度與閾值的大小有夫，閾值的取值范圍是(O. 6，O. 8);對于D2所得到的像素點j的狀態(tài)相似度值b(Xj，yj)，進行閾值判斷，若b(Xj，yj)大于閾值，則像素點j為前景，否則為背景，得到分割優(yōu)化結(jié)果。
全文摘要
一種前景分割問題的優(yōu)化方法，具體是一種基于置信思想思想的對前景分割結(jié)果進行優(yōu)化的方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是優(yōu)化前景分割結(jié)果，解決前景分割結(jié)果中出現(xiàn)的空洞現(xiàn)象。首先利用前景分割方法進行前景分割；然后，基于置信思想，圖像中并行進行四個方向的一維消息傳遞，加強像素之間的關(guān)聯(lián)，對前景分割結(jié)果進行優(yōu)化。本發(fā)明可以很好的消除前景分割結(jié)果中出現(xiàn)的空洞現(xiàn)象。
文檔編號G06T7/20GK102855636SQ20121021642
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者毋立芳, 王紅, 武文斌, 顏鳳輝, 張靜文, 曹瑜 申請人:北京工業(yè)大學(xué)