視頻圖像運(yùn)動(dòng)環(huán)境下陰影的消除方法

張大禹

摘 要 文章首先針對(duì)視頻監(jiān)控工作領(lǐng)域中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的陰影檢測(cè)以及消除的重要性，以及常用的方法類(lèi)別展開(kāi)分析，而后就幾個(gè)典型的計(jì)算消除方法展開(kāi)深入討論，對(duì)于切實(shí)深入了解運(yùn)動(dòng)環(huán)境下陰影的消除的有著一定的積極意義。

關(guān)鍵詞 運(yùn)動(dòng)；陰影；消除；算法

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2015）01-0035-02

就目前我國(guó)的媒體技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r而言，視頻已經(jīng)成為了重要的媒體形式。尤其是在監(jiān)控應(yīng)用環(huán)境之下，視頻的價(jià)值更是突出。而為了實(shí)現(xiàn)更為有效的視頻監(jiān)控，基于當(dāng)前的計(jì)算機(jī)應(yīng)用以及技術(shù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)更為自動(dòng)化的工作方式和效率提升，對(duì)于視頻序列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效識(shí)別和檢測(cè)，就成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別認(rèn)證中的一個(gè)重要研究課題。

1 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影的識(shí)別與消除應(yīng)用

在視頻監(jiān)控工作體系中，如何對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)展開(kāi)有效的識(shí)別，直接關(guān)系到整個(gè)監(jiān)控工作的質(zhì)量，并且進(jìn)一步影響著整體工作效率的提升。在視頻監(jiān)控工作體系技術(shù)層面的建立上，如何對(duì)陰影進(jìn)行識(shí)別和消除，是整個(gè)視頻監(jiān)控運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別工作的基礎(chǔ)。

在展開(kāi)對(duì)于某種物體的監(jiān)控的過(guò)程中，由于目標(biāo)對(duì)于光線(xiàn)的遮擋，必然會(huì)產(chǎn)生陰影區(qū)域。而如果監(jiān)控目標(biāo)處于移動(dòng)狀態(tài)，陰影就會(huì)與移動(dòng)目標(biāo)合并，從而造成目標(biāo)形狀的畸變或者損失，從而進(jìn)一步導(dǎo)致無(wú)法對(duì)于目標(biāo)展開(kāi)有效的監(jiān)控。

基于此種狀況，在實(shí)際工作過(guò)程中發(fā)展出多種技術(shù)和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于陰影的識(shí)別和剔除?？傮w而言可以分為兩類(lèi)，即基于模型的陰影檢測(cè)方法以及基于屬性的陰影檢測(cè)方法。其中前者主要是建立起對(duì)應(yīng)的模型，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)于陰影的描述和剔除，這種識(shí)別方式需要相對(duì)較多的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能確保對(duì)應(yīng)的模型本身的合理性。但是這種陰影檢測(cè)方法本身在應(yīng)用環(huán)境中表現(xiàn)出相對(duì)僵化的特征，因此通常用來(lái)處理相對(duì)固定的場(chǎng)景，比如背景固定，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)形狀固定以及光線(xiàn)狀態(tài)相對(duì)固定等。在相對(duì)固定的環(huán)境中，基于模型的陰影檢測(cè)方法能夠展現(xiàn)出良好特征，但是當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)為運(yùn)動(dòng)物體，或者物體本身形狀不確定，則模型檢測(cè)法無(wú)法有效發(fā)揮作用。

而基于屬性的陰影檢測(cè)方法則能夠相對(duì)有效地展開(kāi)對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影的處理。從原理上看，基于屬性的檢測(cè)方法是利用陰影區(qū)域的光譜和幾何特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于陰影的檢測(cè)，常見(jiàn)的用以實(shí)現(xiàn)陰影檢測(cè)的屬性包括顏色、亮度、紋理和梯度等幾個(gè)方面。其中基于顏色的檢測(cè)技術(shù)主要是假設(shè)背景色度不受投射陰影的影響，從而對(duì)背景和陰影部分進(jìn)行識(shí)別和區(qū)分；而基于亮度的檢測(cè)方法則是考慮到陰影較周?chē)h(huán)境應(yīng)當(dāng)更暗一些，因此常規(guī)會(huì)采用HSV顏色空間和YUV色彩空間等方法展開(kāi)計(jì)算和識(shí)別。同時(shí)基于通常認(rèn)為的投影不改變紋理和梯度性質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)紋理和梯度方面的特征分析，同樣能夠展開(kāi)對(duì)于陰影的有效識(shí)別和分析，但是在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，基于這兩種思路的Gabor函數(shù)通常會(huì)因?yàn)橛?jì)算量大，而在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中的表現(xiàn)水平有待提升。

2 基于屬性的陰影識(shí)別和消除

在實(shí)際工作中，面對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的時(shí)候，目前主要采用基于屬性的陰影識(shí)別工作方式展開(kāi)工作。相對(duì)于基于模型的方式而言，此種工作方式無(wú)論從準(zhǔn)確程度還是運(yùn)算速度方面都有相對(duì)可行的一面。進(jìn)一步可以從基于顏色、基于紋理以及基于梯度三個(gè)方面分別展開(kāi)分析。

2.1 基于顏色的分析方法

基于顏色的分析方法，在展開(kāi)陰影的識(shí)別和去除方面一直作為重點(diǎn)呈現(xiàn)，此種方法有相對(duì)較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，并且技術(shù)也比較成熟。常見(jiàn)的集中基于顏色的識(shí)別方式包括RGB標(biāo)準(zhǔn)化、RGI變換、HSV變換以及YCrCb變換四種。

RGB標(biāo)準(zhǔn)化模型參見(jiàn)式（1）。

（1）

此種計(jì)算方式在利用全面的壓縮手段，將前景整體壓縮，并且通過(guò)這種壓縮使得陰影能夠在檢測(cè)過(guò)程中忽略掉。此種工作方式廣泛應(yīng)用于早期，并且以其良好的處理速度著稱(chēng)，但是此種壓縮方式雖然能夠?qū)㈥幱皦嚎s掉，同樣也有可能會(huì)造成目標(biāo)本身相對(duì)較弱的部分有所損傷。

而RGI變換的運(yùn)算模型則可以通過(guò)式（2）

表達(dá)：

（2）

此種變換方式可以更為有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)于光照變化的良好的適應(yīng)，但是同樣存在缺點(diǎn)，即會(huì)引入額外的異方差噪聲。

HSV變換相對(duì)復(fù)雜，這是一種更多考慮人的視覺(jué)能力的計(jì)算方法，涉及到色度H、飽和度S以及亮度V等多種描述。如果用I表示前景像素而B(niǎo)表示背景像素，表示閾值，則常見(jiàn)的計(jì)算方法如式（3）。

（3）

此種算法中，如果閾值能夠得到合理設(shè)置，則陰影檢測(cè)會(huì)有良好效果，但是在不同的視頻監(jiān)控環(huán)境中需要對(duì)閾值進(jìn)行調(diào)整，才能獲取優(yōu)化效果。

最后，YCrCb變換的計(jì)算方式參見(jiàn)式（4）。

（4）

此種工作方式具有良好的工作效率，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的陰影消除。

2.2 基于紋理的分析方法

此種做法是考慮到在運(yùn)動(dòng)環(huán)境中，單獨(dú)的像素會(huì)隨著光線(xiàn)變化而變更其紋理值，但是局部紋理并不容易發(fā)生變化，因此可以加強(qiáng)局部紋理的描述，采用如式（5）扥算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于LBP碼的計(jì)算：

（5）

其中表示中心像素灰度，而則表示鄰域環(huán)境中灰度，函數(shù)S（x）在x小于0時(shí)取值為0，其他情況下取值1。

2.3 基于梯度的分析方法

此種方法在此不多贅述，但是其工作基礎(chǔ)為設(shè)定陰影的梯度和背景的梯度具有一致性，并且一次通過(guò)計(jì)算當(dāng)前幀和背景幀的梯度并且實(shí)現(xiàn)比較來(lái)測(cè)定陰影區(qū)域。在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中，梯度算子十分關(guān)鍵，并且光照變化等多方面因素都會(huì)帶來(lái)一定影響。同時(shí)考慮到邊緣問(wèn)題處理不夠完善，因此此種方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中相對(duì)有限。

3 結(jié)論

實(shí)際對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影的檢測(cè)和消除，通常是多種方法共同融合作用，并且以應(yīng)用環(huán)境做出基礎(chǔ)展開(kāi)深入考慮而選取最優(yōu)的方法。

參考文獻(xiàn)

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