一種視頻圖像的動態(tài)目標(biāo)圖像分割方法

王雷

【摘 要】視頻圖像中運動目標(biāo)的提取技術(shù)是一個研究難點，將遺傳算法用于圖像分割技術(shù)是圖像處理領(lǐng)域一個新的研究方向，然而，基于遺傳算法求解圖像最佳閾值時，需要對每個進(jìn)化個體進(jìn)行適應(yīng)度函數(shù)的計算，需要消耗大量的運行時間。為了降低算法的復(fù)雜性，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法的二維熵圖像分割方法。實驗表明，本文方法能夠快速達(dá)到分割視頻圖像中動態(tài)目標(biāo)的目的，為圖像處理技術(shù)提供一種有效借鑒。

【關(guān)鍵詞】二維最大熵法；遺傳算法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；運動目標(biāo)

0 引言

運動目標(biāo)的檢測和跟蹤技術(shù)是計算機(jī)視覺系統(tǒng)中的一個核心部分，許多學(xué)者對該技術(shù)展開了大量研究[1，2]，諸如實際背景的變化、車輛出現(xiàn)遮擋和陰影等諸多因素在很大程度上都影響著動態(tài)目標(biāo)的檢測與目標(biāo)圖像分割的準(zhǔn)確性。圖像分割是圖像分析及視覺系統(tǒng)的重要組成部分，也是圖像處理和前期視覺中的基本技術(shù)。圖像分割的目的就是把圖像中的前景目標(biāo)物體從背景中提出出來，為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)。閾值分割法因?qū)崿F(xiàn)簡單、計算量小、性能較穩(wěn)定，而成為圖像分割中最基本和應(yīng)用最廣泛的分割技術(shù)。傳統(tǒng)的最佳直方圖熵法對低信噪比圖像的分割效果不理想，而二維最大熵法[3]充分利用了像素的灰度分布信息和像素間的空間相關(guān)信息，提高了閾值分割的抗噪性能。

遺傳算法[4]是模擬生物在自然環(huán)境中遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索方法。BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]是一種單向傳播的多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有非常強(qiáng)的非線性映射能力，不需要任何先驗公式就可以通過訓(xùn)練自動地總結(jié)出實驗數(shù)據(jù)間的函數(shù)關(guān)系。筆者查閱的相關(guān)文獻(xiàn)中，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于圖像分割研究比較少，尤其視頻圖像動態(tài)目標(biāo)的分割更是甚少，又考慮到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身的優(yōu)點，因此，本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬遺傳算法中的個體評價函數(shù)的方法，降低了遺傳算法執(zhí)行的代價。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

記某一圖像像素大小為M×N，灰度范圍為0，1，…，i，…，L-1；記灰度值為i的像素數(shù)目為mi；分割閾值為Th，Th將圖像分割為兩部分，當(dāng)圖像中某個像素值小于Th時，定義該像素點為目標(biāo)Ftarget，當(dāng)圖像中某個像素值大于Th時，定義該像素點為背景Btarget。設(shè)圖像像素中目標(biāo)Ftarget和背景Btarget的概率分別記為：

由式（2）可知，當(dāng)？滓（Th）取得最大值時，對應(yīng)的Th值即為最佳分割閾值。

很顯然這是個組合優(yōu)化問題，可以采用遺傳算法求解最優(yōu)值，然而如果直接采用遺傳算法，需要對每個進(jìn)化個體都進(jìn)行適應(yīng)度函數(shù)的計算，從而以評價優(yōu)良的個體的性能，這樣使得時間花費是非常巨大的。鑒于以上不足，本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬遺傳算法中的個體評價函數(shù)的方法，降低算法的執(zhí)行代價的方法。首先，利用一定樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以模擬個體的適應(yīng)值；在利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解時，先利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)粗略計算個體適應(yīng)值；對適應(yīng)度較好的優(yōu)秀個體，再求解精確的適應(yīng)值。

因此本文優(yōu)化提取方法分成兩大模塊，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練求解最優(yōu)個體的模塊和基于遺傳求解最佳閾值模塊。

2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練樣本

圖1 構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，求解最優(yōu)個體的模塊步驟如下：

步驟1： 確定目標(biāo)函數(shù)、輸入變量、輸出變量；參數(shù)設(shè)置；

步驟2： 正向運算，設(shè)定合適的訓(xùn)練樣本集，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，計算各層的輸出；并計算綜合誤差；若綜合誤差小于預(yù)設(shè)的經(jīng)驗閾值，或者訓(xùn)練次數(shù)達(dá)到設(shè)定的上限，終止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程；否則，轉(zhuǎn)步驟3；

步驟3： 逆向運算，對權(quán)值進(jìn)行修正；

步驟4： 判斷訓(xùn)練條件是否滿足；如果沒有滿足，轉(zhuǎn)步驟2；

步驟5： 訓(xùn)練結(jié)束，將訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遺傳算法模塊。

3 基于遺傳算法求解最優(yōu)值

本文采用遺傳算法對式（3）數(shù)學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)解的求解。

本文遺傳算法各參數(shù)設(shè)置如下，由于圖像的灰度值在0-255之間，所以將各個染色體編碼為8位二進(jìn)制碼；種群規(guī)模設(shè)為20；適應(yīng)度函數(shù)取式（2）；選擇采用輪盤賭策略；交叉采用單點交叉；變異采用基本變異算子，變異概率設(shè)為0.01；終止條件為進(jìn)化代數(shù)達(dá)到100或找到最優(yōu)解為止。

遺傳求解最佳閾值模塊步驟如下：

步驟1： 參數(shù)設(shè)置和種群初始化；

步驟2： 對每個個體，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)良值，計算其近似適應(yīng)值；

步驟3： 對優(yōu)良個體，基于式（2）計算適應(yīng)值；

步驟4： 如果找到最優(yōu)個體，或者滿足規(guī)定的算法迭代次數(shù)，終止算法；否則，轉(zhuǎn)步驟5；

步驟5： 對個體實施選擇、交叉和變異算子操作，轉(zhuǎn)步驟2。

4 實驗結(jié)果與分析

如圖2為原圖像的灰度化圖像。圖3為采用本文方法得到分割后的圖像，從圖中可以看出本文方法基本上能得到視頻圖像中的主要目標(biāo)。

5 結(jié)論

運動目標(biāo)的提取是在視頻圖像序列中將運動車輛檢測并分割出來。鑒于視頻圖像多樣性、實際場景的復(fù)雜程度及計算機(jī)視覺技術(shù)的不完善等多方面的影響，目前視頻圖像動態(tài)目標(biāo)的提取技術(shù)的研究還不足。本文方法的二維最大熵法具有較強(qiáng)的魯棒性，同時采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法結(jié)合能夠快速收斂到最佳分割閾值，實驗結(jié)果表明，該算法達(dá)到理想的分割效果，實現(xiàn)了比傳統(tǒng)方法更快速、穩(wěn)定的圖像分割，其優(yōu)化效果明顯。因此，本文方法對現(xiàn)有圖像閾值分割法的一種有效補(bǔ)充。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳少峰.基于FPGA的動態(tài)目標(biāo)檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].云南大學(xué)，2015.

[2]王席.基于視頻光照和紋理信息的動態(tài)目標(biāo)分割與提取[D].上海交通大學(xué)， 2014.

[3]李鋒，闞建霞.基于Sobel算子的圖像快速二維最大熵閾值分割算法[J].計算機(jī)科學(xué)，2015，42（z1）.

[4]王小平.遺傳算法[M].西安交通大學(xué)出版社，2002.

[5]聞新.MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2003.

[責(zé)任編輯：王偉平]

【摘 要】本國（本土）的法律傳統(tǒng)與面臨的現(xiàn)代性轉(zhuǎn)向以雙向思維，即平等協(xié)商的方式達(dá)至一種微妙的平衡。東西方法律傳統(tǒng)內(nèi)均有的“為善”、“良知”、“人性”等概念是構(gòu)筑社會變革模型中的基礎(chǔ)共通性參數(shù)，法律制度如何移植方才能不產(chǎn)生排異反應(yīng)，關(guān)鍵就在于對本土法律資源的合理使用與激活。制度并不能保證社會的良性運轉(zhuǎn)，處于過渡期的國民需要的是對公平正義的一致信念。

【關(guān)鍵詞】法律移植；本土法制資源；英租威海衛(wèi)；德占膠；民事訴訟

【Abstract】The concepts of benevolence， conscience， humanity and so on， which embody in both western and eastern traditional legal system are the basic commonality parameter to build a social transformation model. The key to transplant legal system without any rejection reaction is to rationally use and activate the locally legal resources. However， the system cannot guarantee the smooth operation of society， but people in transitional period should have unanimous belief of equity and justice.

【Key words】Legal transplant； National traditional legal system； Weihaiwei colony； Jiaoao colony； Civil suit

0 前言

近些年來，在我國完善民事訴訟制度的潮流中，法律界在認(rèn)真反思我國民事司法中的種種缺憾的同時，普遍將興趣轉(zhuǎn)向了域外的法制資源，希冀借助對發(fā)達(dá)國家民訴機(jī)制的吸收與移植，為我國司法改革注入新鮮血液。不過，西方國家的法律制度畢竟發(fā)端于特定的西方社會，所能發(fā)揮的最大功效也僅限于斯。每一類具體訴訟程序的背后，都蘊含著獨特的人文色彩。如何遴選出符合我國發(fā)展要求的程序機(jī)制并加以可操作的改造，成為中國法律人不得不思索的一大難題。頗為微妙的是，百年前的英國、德國殖民者們初次進(jìn)入完全陌生且紛繁復(fù)雜的傳統(tǒng)中國土地時，也為怎能將與之幾乎格格不入的程序制度植入這典型的鄉(xiāng)土農(nóng)耕社會而困擾。這里，筆者將以一種逆向的研究視角，即外來法律制度“本土化”的角度，通過威海和青島兩地成為租借地時期的史料分析，解析英德兩國如何對向兩地移植的民事訴訟制度作出調(diào)整，得以較為成功地減輕了制度變革的陣痛，順應(yīng)了當(dāng)時社會商品經(jīng)濟(jì)發(fā)展的潮流。此前，有必要介紹的是19世紀(jì)英國、德國自身也分別經(jīng)歷的一場劃時代的民事司法革新，即便是遠(yuǎn)離本土的威、膠兩地，民訴法制建設(shè)也深受此次改革的影響。

1 英國民事訴訟制度在山東租借地的“本土化”進(jìn)程

1.1 19世紀(jì)英國民事訴訟制度改革簡介

自19世紀(jì)30年代伊始，老成謀國的英國人開始了近一個世紀(jì)的循序漸進(jìn)的民事司法及訴訟制度改革，逐步確立了一整套完善縝密、可操作性強(qiáng)的民事程序制度。這場改革主要包括以下核心內(nèi)涵，而這些內(nèi)容也幾乎能原封不動地從日后英租威海衛(wèi)民事司法體例與民事訴訟中提煉出來：

1）統(tǒng)一司法權(quán)，規(guī)范各類司法組織，明確劃分各法院管轄權(quán)，避免交叉管轄。成立樞密院司法委員會總攬大不列顛及北愛爾蘭聯(lián)合王國和各海外殖民地、自治領(lǐng)的上訴案件；

2）簡化訴訟程序，裁汰不必要的訴訟環(huán)節(jié)。廢除令狀制度，起訴材料規(guī)范但力求簡約。提高法院審判效率，避免案件積壓，但保留重視程序的法治原則；

3）規(guī)定合理的訴訟費用，禁止法官及法院職員收受、索取額外費用，同時嚴(yán)懲貪腐行徑。

4）對書面材料、判決書等要式要求較為寬松，判決內(nèi)常引經(jīng)據(jù)典，形式較為散漫。

經(jīng)過這次完全的民事訴訟程序的改革，英國的民事司法制度步入了一個蘊含自由民主平等思想的新時代，基本完成了民事法律制度的現(xiàn)代化。這也讓法治觀念真正深入社會生活。誕生于改革的現(xiàn)代化的司法機(jī)制為英國民主制度的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，而這次改革的余暉，也不遺余力地照耀在遠(yuǎn)在天涯的威海衛(wèi)。

1.2 英租威海衛(wèi)時期的民事訴訟制度簡述與比較分析

總體而言，英租時期的威海衛(wèi)內(nèi)存在著一種二元法律體制，區(qū)別于英國本土的普通法與衡平法分立的二元法律結(jié)構(gòu)，該制度包含著一些無奈的因素，這并非是一個刻意設(shè)計、精巧計算的結(jié)果，而是“徘徊于東西方之間”①的產(chǎn)物。本性趨于保守的英國人不大可能也沒有必要強(qiáng)行推行不切實際的法制，這樣可能帶來的社會動蕩與大英帝國聲譽(yù)掃地的隱患更值得擔(dān)心。所幸的是，這套二元體制成功地完成了它的任務(wù)，它不僅維系了當(dāng)?shù)氐姆€(wěn)定，更是促進(jìn)了威海港商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各位行政長官頗受愛戴，大英帝國的名譽(yù)也沒有受到任何沖擊。

1.2.1 民事司法組織與司法人員

1901年英國設(shè)立威海行政公署，做為租借地最高管理機(jī)構(gòu)。行政公署下設(shè)正副華務(wù)司作為行使司法權(quán)的主要機(jī)關(guān)，其中正華務(wù)司主管審理民事案件，亦分管財政、民政、文案、獄政等行政事務(wù)，且正副華務(wù)司長官同時兼任南北兩大行政區(qū)行政長官。從英國法制在威海衛(wèi)“本土化”的角度，這套體制始終帶著源自英國的烙印，19世紀(jì)的英國本土司法改革的一點核心內(nèi)容即是統(tǒng)一司法權(quán)，建構(gòu)司法的中央集權(quán)制度，分明法院管轄權(quán)限，法院體系結(jié)構(gòu)簡單，同時對法官素質(zhì)的要求也頗高。行政與司法權(quán)集中于長官一人之手，司法并不獨立與行政政治，或多或少承擔(dān)著維系社會穩(wěn)定的職能。

1.2.2 一般訴訟流程

英租時期威海衛(wèi)的民事訴訟一般流程包括以下內(nèi)容：

1）訴訟當(dāng)事人（一般為原告）前往司法官官邸或法庭將訴狀遞交給司法官，或?qū)⒃V狀投入專門的訴狀箱內(nèi)。（租借地內(nèi)曾試行了一段時間的特許狀師制度，但后來由于操作性的原因狀師行當(dāng)被完全取締）

2）訴狀提交后，司法官擇日開庭并傳喚各當(dāng)事人到庭接受詢問。

3）法庭審判程序較為寬松，雙方當(dāng)事人由于沒有律師的相助，往往在他們的親屬陪同下到庭并共同參與證據(jù)認(rèn)定與法庭辯論等環(huán)節(jié)，司法官也并不如英國本土的法官“消極”等待陪審團(tuán)認(rèn)定事實，聽取律師辯論。相反，時常要承擔(dān)普及法律，充當(dāng)雙方法律顧問，糾問案件實情等職能。

1.2.3 民事糾紛調(diào)節(jié)

威海衛(wèi)租借地另一類重要的民事糾紛解決機(jī)制是民事調(diào)解制度。殖民當(dāng)局保留了在基層中國原有之村董制，并以此為基礎(chǔ)建立總董制。日常民事糾紛由村董、總董及其他族內(nèi)長老調(diào)解，且法庭通過專門下發(fā)“息訴憑單”賦予之法律效力，調(diào)解成功則據(jù)此為書面憑證而不得再興訴訟，再訴法院不予受理。調(diào)解制是中國傳統(tǒng)的糾紛解決機(jī)制，英國式司法體制借助村董、總董的力量與權(quán)威與之連結(jié)，進(jìn)一步完善了英租威海衛(wèi)的民事司法體制。

1.2.4 訴訟費用

英租威海衛(wèi)政府收取的訴訟費用較為低廉，甚至存在近十年間不收分文訴訟費的情形。殖民政府似乎在傳達(dá)這樣一個訊息：鼓勵用法律手段解決日常糾紛。這對威海衛(wèi)的穩(wěn)定局面有極大的鞏固作用，人們甚至出現(xiàn)了“健訴”的訴訟心理，以至于后來政府不得不以收取較高費用為手段減少不必要的訴訟。

1.2.5 民事判決文書

英租時期的判決文件可稱是中西合璧的最好闡釋，一方面既繼受了英國法律判決形式不拘一格、散漫多變、好引經(jīng)據(jù)典的內(nèi)涵要式，另一方面則常常以道德經(jīng)典、圣賢之帝的圣諭為所引之典，比較好地能讓民眾接受。

在一些寶貴的資料卷宗中，時常體現(xiàn)著當(dāng)時的法官（常為行政長官）并不嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的具體訴訟環(huán)節(jié)，法庭中常常是雙方當(dāng)事人拖家攜口各執(zhí)一詞，場面激烈，而法官為確定案件事實間或親自策馬去案發(fā)地了解情況，之后快速判決，判決書中也常常引用道德教化格言或圣諭。同時法院審理效率極高，訴訟拖延極其難見，訴訟費用低廉，適應(yīng)了當(dāng)時商業(yè)發(fā)展要求快捷高效結(jié)案的趨勢。而最為關(guān)鍵的一點則在于威海衛(wèi)地區(qū)社會變革“出人意料”地緩慢，立法與司法中存在的法律供求關(guān)系在三十年中始終處于相對均衡的狀態(tài)，“直到1930年中國政府收回威海衛(wèi)時，租界內(nèi)的男人還梳著辮子，女人還裹著小腳?！庇帽就练ㄖ瀑Y源之形而行英方所欲之內(nèi)核，順民情，得民心，是英國殖民者在威海衛(wèi)租借地治理得當(dāng)?shù)年P(guān)鍵。

2 德國民訴制度在山東租借地的“本土化”進(jìn)程

2.1 19世紀(jì)德國民事程序制度的傳承與發(fā)展

1862年的德國幾乎是集中當(dāng)時舉國法學(xué)界所有的精英人物，花費15年之久制定了在世界民事訴訟法發(fā)展史上也可以稱為里程碑的近代民事訴訟法典——德國民事訴訟法。1877年，德意志帝國頒布《民事訴訟法》（簡稱CPO），而這部法典歷經(jīng)帝國時期、魏瑪共和國時期、納粹統(tǒng)治時期、二戰(zhàn)后的聯(lián)邦共和國時期，沿用至今。雖然經(jīng)過多次（有時規(guī)模還很大）的修改，但仍是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，并未將整個法律廢除，徹底更新。1877年《德國民事訴訟法》在德國民事訴訟法制史上具有繼往開來、承前啟后的作用。它主要蘊含著一下一些內(nèi)涵：

2.1.1 司法機(jī)構(gòu)法定統(tǒng)一

統(tǒng)一后的帝國用鐵腕手段將日耳曼民族推上資本主義發(fā)展的狂飆時代的同時，這部1877年《帝國民事訴訟法》也讓德國的大部分地區(qū)開始適用與其已經(jīng)熟悉的民事訴訟法——有的已經(jīng)適用了上百年——完全不同的民事訴訟法。通過國家集權(quán)的方式，德國民事訴訟制度不僅擺脫了傳統(tǒng)訴訟法令的羈絆，更是開現(xiàn)代訴訟法制之先河。

2.1.2 自由主義思潮下科學(xué)完備的證據(jù)制度與訴訟原則

以直接審理主義、程序與辯論的公開主義為核心的言辭主義被1877年德國訴訟法接受，這部法典同時逐步廢除了此前繁苛、易被操控的書面主義。此外，反專制制度在自由民主的呼聲下被接受，國家采取秘密行動（秘密羈押、拷問等）的權(quán)力被剝奪，“外行”組成的陪審團(tuán)也參與到案件事實認(rèn)定中。案件審理的公開透明，也使司法直接受新聞與社會的監(jiān)督，“上層人士”的特權(quán)被壓縮至基本為零。更為重要的是這部法典確立的一系列如“作出判決的法官要據(jù)自己的體驗了解案情與參與人，而非通過已經(jīng)被他人主觀化的轉(zhuǎn)述”、“裁判者不關(guān)心微不足道的法律不利”、集中審理主義、“你給我事實，我給你審判”等審判、管轄原則至今仍然為主流觀點所接受。

日后的膠澳地區(qū)在被德國租借期間各類糾紛接連不斷，據(jù)《青島開埠十七年—<膠澳發(fā)展備忘錄>全譯》一書的相關(guān)數(shù)據(jù)，膠澳德國皇家法院連續(xù)五年受理案件的數(shù)量都在一萬件以上，每位法官年平均受理案件三四千件，每天要處理十幾起案件。如此繁重的工作量，沒有一套科學(xué)合理的訴訟程序自然是無法完成的。而上述核心內(nèi)容正是這套高效運作的訴訟制度的靈魂。

2.2 德租時期膠澳地區(qū)的民事訴訟制度簡介與比較分析

1898年，德國趁山東曹州“巨野教案”之機(jī)率先租借膠澳灣，至一戰(zhàn)結(jié)束被日本侵占前，此地一直為德國管轄。德國為將膠澳建成“樣板”殖民地供其他海外殖民地效仿，不僅向這個海濱城市投注了大量金錢與人力，更通過土地改革建立起一整套完善的法律體系與司法制度。據(jù)《中德膠澳租借條約》第三條規(guī)定，“德國所租之地，租期未完，中國不得治理，均歸德國管轄，以免兩國爭端?！睋?jù)此，德國獲得了在青島一系列的管轄權(quán)，司法管轄亦括在內(nèi)。殖民者在膠澳租借地設(shè)置了一整套司法體制，針對德國等西方國家包括日本人設(shè)置了膠澳皇家法院，針對華人則設(shè)置了青島區(qū)公所和李村區(qū)公所，行政兼理司法。1898年《中德膠澳租借條約》簽署后，德意志帝國事實上獲得了對膠澳租借地司法的控制權(quán)，并在財政支出中追加了非經(jīng)常性的開支，用于膠澳地區(qū)的司法建設(shè)，包括派出法官、設(shè)立法院等司法機(jī)構(gòu)所需費用。由于德國政府的大力支持，膠澳租借地的司法框架很快搭建起來。