[发明专利]一种改进的背景减除方法

说明书

本发明公开一种改进的背景减除算法，包括以下步骤：在图像和二维地图上选取4对同名控制点计算得到图像到地图的单应矩阵H；将像素的四个角点坐标转换为地理坐标，计算像素的地理面积；将视频彩色图像转为8位灰度图得到前景二值图；提取前景二值图中的轮廓；计算前景区域的地理面积；设置地理面积阈值，去除不符合地理面积阈值的前景。本发明能够直接利用前景的地理面积过滤噪声，从而克服透视现象带来的影响，避免前景与噪声在图像尺寸上相似的情况，有效去除噪声信息，进而提高背景减除算法效率。

技术领域

本发明涉及地理信息系统、地理学、计算机视觉以及摄像测量学等领域，具体涉及一种改进的背景减除方法。

背景技术

背景减除是将视频序列图像中有意义的运动目标与不需要的背景信息区分开的一种检测方法，是各类视频分析算法、视频压缩算法的基础。在智能视频监控领域中，通过运动目标检测可以将行人、车辆与背景区分开，降低目标(行人/车辆)检测与跟踪的计算量。

背景减除算法面临的挑战是在将背景和前景分离时，提取的真实前景的同时会包含部分背景与噪声信息。噪声产生的主要原因是通过背景建模无法将所有的前景与背景像素区分开提取的运动前景包含了运动目标的同时也包含了其他信息，如背景像素被误判断为前景像素，视频中局部光照变化，非运动目标的遮挡等。为了提高检测的精度，传统的思路是通过提高背景减除的精度，通过精确、复杂的背景建模，以牺牲速度与内存来提高前景的准确性，从而提高运动目标检测的精度。这类改进方法包括包括混合高斯背景建模、多图层背景建模、vibe背景建模。另一种思路是在提取得到前景之后通过后处理方式对前景进行筛选过滤，去除噪声信息。

传统的算法是腐蚀、膨胀去除较小的噪声点，然后计算前景联通区域的像素面积，采用像素大小阈值保留符合要求的前景区域。DH Parks(Parks D H,Fels S S.Evaluationof Background Subtraction Algorithms with Post-Processing[C].IEEEInternational Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance,Avss2008,Santa Fe,New Mexico,Usa,1-3September.2008:192-199.)在论文中证明了通过后处理方法能够显著提高背景减除算法的精度。

然而，由于透视现象的存在，距离相机近的对象所占像素面积较大，距离相机远的对象所占像素面积则较小。这就导致图像中近处的非前景对象(树叶、流水)的像素面积往往会大于稍远处运动前景对象，尤其在大范围室外监控中，这一现象非常明显。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种改进的背景减除方法。

技术方案：本发明一种改进的背景减除方法，依次包括以下步骤：

(1)在视频图像和二维地图上选取4对同名控制点，然后计算得到图像到地图的单应矩阵H，具体过程为：

若视频图像平面中的p点转换到二维地图平面中的p′点，则有如下定义：

图像平面与地图平面之间的单应性关系可以简洁的表示为：

p′＝Hp

H为单应矩阵，可表示为3×3的二维矩阵：

则

(2)计算图像内每个像素点的地理面积：