【背景建模】PbModel

一點心青發表於2014-01-21

  PbModel是基於概率模型的背景差分演算法,其基本思想是畫素點會因光照變化、運動物體經過產生多種顏色值,但是一段時間內,畫素點處於靜止狀態的時間會比處於運動狀態的時間長。因而一段時間內,畫素點某個顏色值出現的概率會高於其他顏色值,高概率的顏色值即為該畫素點的背景值

創新點

1.關注基於概率的背景模型的記憶體佔用率和計算複雜度

  基於概率的背景模型是常用的背景建模方法,但是現有一些演算法,其記憶體佔用率高,計算複雜度大。

  該演算法利用聚類減少記憶體佔用率,將畫素點可能出現的顏色值,按距離聚類,以聚類中心代替顏色值,從而減少記憶體佔用率。

  利用不固定長度的幀序列建立背景模型,由於許多畫素點一般都處於靜止狀態,只需要少量的幀序列就可以確定高概率的顏色值(即背景值),選取一個計算初始幀序列長度,從而確定大部分的背景值,然後針對少量的背景值,繼續統計,並減小判斷是否為高概率的閾值,保證演算法的收斂,最終建立起完整的背景模型。

2.關注於前景檢測的判定閾值

  分析背景差分影象的直方圖資訊,利用直方圖的變化曲線來確定判定閾值,採用直方圖變化曲線的波谷位置作為判定閾值

基本框架圖

主要步驟:

1.建立背景模型

  1).初始化畫素的聚類集合,C表示聚類裡包含畫素的數目,nxy表示聚類標號,x、y表示畫素點位置。

  

  2).計算當前畫素與畫素聚類集合的距離,並計算最小距離和對應的聚類。

  

  3).判斷最小距離是否小於閾值,若小於,則更新對應聚類,否則,新建一個聚類,新增到聚類集合中。

  

  4).判斷是否到初始幀序號Fn,若達到,則計算畫素各個聚類的概率,並求最大概率的聚類,否則,繼續跳轉步驟2)處理下一幀。

  

  5).判斷最大概率是否大於閾值,若大於,則設定對應聚類的中心為該畫素點的背景值。

  6).調整背景建模速度,根據幀序號調整閾值大小,幀序號越大,閾值越小。

  

  7).跳轉步驟2)處理下一幀,直到所有畫素點的背景值確定。

2.前景檢測過程

  1).計算當前幀序與背景的差分影象。

  2).計算差分影象的直方圖資訊。

  3).平滑各個通道的直方圖資訊。

  

  4).計算各個通道的閾值大小。

  

  5).計算差值影象的閾值。

  6).利用閾值判定像是否為前景。

  

3.背景模型更新

  背景模型更新採用簡單的影象混合演算法,利用新畫素值和背景模型的畫素值的加權和,替換背景模型的畫素值

  

  其中,(Rs,Gs,Bs)為當前畫素值,(RB,GB,BB)為背像畫素值,n為背景模型更新學習因子控制引數。

參考資料:

A Robust Object Segmentation System Using a Probability-Based Background Extraction Algorithm

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