用于數字攝影機的前景提取的系統和方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及視頻幀中前景物體提取以及物體的運動檢測的系統和方法。更具體地，本申請涉及如下這樣的系統和方法:其中紋理圖案被投影到來自監視攝影機的視頻幀中的物體的表面上以促進前景物體檢測。
【背景技術】
[0002]處理來自數字監視攝影機的視頻以自動檢測運動的系統是已知的。當前的視頻運動檢測算法通常基于前景提取技術。
[0003]背景圖像通常被保存以與到來的視頻幀相比較。然后前景物體可以通過從一幀減去背景圖像而獲得。
[0004]還可以使用相鄰幀之間的差分。但是這樣的方法有缺陷。陰影或光點經常被檢測為前景物體，因為它們展示出與背景圖像明顯的區別。從光滑表面的反射展示出相同類型的問題，因為它們也將改變幀中的相應像素的值。
[0005]許多努力已被投入于解決這些問題。嘗試性的解決方案試圖檢測所選視頻幀和背景圖像之間紋理圖案的改變，因為陰影和光點僅改變物體的整體亮度，但是不改變物體表面上的圖案。這樣的方法對具有充足紋理圖案的物體滿意地起作用。但是，在單色物體(諸如白墻)的情況下，它們仍然具有問題。
【附圖說明】
[0006]圖1圖示根據本文的系統的框圖；
圖2圖示示例性發射器；
圖3圖示可在圖1的系統中使用的示例性投影儀；
圖4是可由圖1的系統實施的過程的流程圖；
圖5是可由圖1的系統實施的替代過程的流程圖；
圖6A圖示視場中的背景圖像；
圖6B圖示在視場中具有陰影的目標物體；
圖6C圖示從圖6B的圖像前景提取的結果；
圖7A圖示視場中另一個目標物體;以及圖7B圖示從圖7A的圖像前景提取的結果。
【具體實施方式】
[0007]雖然所公開的實施例可以采取許多不同形式，但是其特定實施例以如下理解在附圖中被示出并且將在這里被詳細描述:本公開被認為是其原理的例示以及實踐其的最佳模式，并且不意圖把本申請或權利要求限制到說明的特定實施例。
[0008]在一個方面中，這里的實施例使用一組光學元件把紋理圖案投影到單色物體的表面上。利用所投影的紋理圖案，可以區分前景物體與陰影和、或光點，其中視頻幀和背景圖像之間的區別被檢測到。
[0009]在另一方面，實施上述過程的設備包括紅外(IR)投影儀，其能夠把圖案投影到視場(FOV)中的物體上。設備還包括:IR攝影機，其能夠捕捉FOV中物體的圖像;和由剛性材料制成的剛性框架。該框架支撐投影儀和攝影機以使得它們面向相同的方向，并且使它們相對彼此保持固定。耦合到攝影機的分析電路可以分析所接收的圖像。
[0010]圖1圖示根據本文的系統10。系統10包括投影儀12和攝影機14。剛性框架16承載投影儀12和攝影機14兩者。投影儀12和幀14被定向為朝向共同的視場F0V。
[0011]分析和比較電路18可以耦合到攝影機14，并且可選地耦合到投影儀12。如將由技術人員理解的，分析電路可以實施圖案識別處理以把來自攝影機14的圖像與相應的一個或多個預先存儲的背景圖像或下面討論的在前圖像相比較。
[0012]這樣的電路可以被實施為至少部分地具有一個或多個編程處理器18a和關聯的可執行控制軟件18b，并且可以耦合到存儲元件20。一個或多個背景圖像或來自FOV的圖像可以被存儲在元件20中以供分析軟件使用。
[0013]圖2圖示示例性投影儀12a。投影儀12a包括具有紅外發射LED的外殼。LED的輸出端被覆蓋有薄膜，該薄膜承載隨機分布圖案。穿過薄膜所發射的紅外線被投影到FOV上。
[0014]圖3圖示替代示例性投影儀12b。投影儀12b包括紅外激光器12-1和光學漫射元件12-2。從元件12-2輸出的隨機分布的圖案被投影到FOV上。將被理解的是，在不脫離本文的精神和范圍的情況下可以使用各種投影儀。有利的是，當在FOV中存在陰影或光點時，物體表面上的亮度將減小或增加，但表面上的圖案將不會改變。另外，當存在從光滑表面的反射時，光滑表面上的圖像將是重疊有所投影圖案的目標物體的反射圖像。因為所投影圖案的對比度非常高，所以區分反射與移動物體仍是可能的。最后，當在FOV中存在真實物體(其可能正在移動)時，被投影在該物體上的圖案的位置將移位一點。因為圖案被高度隨機地設計，所以被移位的圖案將與原始圖案沒有相似性。因此我們知道其是真實的前景物體。
[0015]概括來說，本申請的設備和方法提供了使用相對簡單和不昂貴的電路從背景提取前景物體的能力。在相同空間中的多個單元(諸如單元10)將不會彼此干擾。
[0016]圖4圖示可以由系統10實施的過程100的各個方面。如在102那樣，可以建立和存儲背景圖像。可以從攝影機14捕捉被由發射器12發射的隨機圖案照射的新視頻幀，如在104那樣。
[0017]新捕捉的幀可以與背景圖像相比較，并且該比較的結果，區別掩蔽(differencemask)，可以作為前景圖像被輸出，如在106那樣。然后背景圖像可以被更新，如在108那樣。
[0018]圖5圖示替代過程200的各個方面。可以捕捉新視頻幀，如在202那樣。第二新的幀可以被捕捉，如在204那樣。
[0019]該新的幀然后與上一個幀相比較，并且區別掩蔽輸出作為前景圖像，如在206那樣。該新的幀可以存儲在元件18中，如在208那樣。隨后可以重復該序列。
[0020]圖6A-C圖示來自系統10的輸出和示例性處理方案的各方面。在圖6A中，圖示了預先存儲的背景幀或背景圖像。
[0021]圖6B圖示目標物體(在視場中存在的手和腕部)以及陰影。上面描述的激光器和光學漫射元件(諸如激光器12-1和光學漫射元件12-2)把隨機紋理圖案12-3投影到FOV中。在如上面描述的那樣處理后，前景提取結果被圖示在圖6C中。
[0022]相對于如圖6A中那樣的相同背景幀，圖7A圖示了在FOV中可能移動的目標物體。圖7B圖示根據本文的前景提取結果。在圖7A中，相對于圖6A中那樣的背景幀，投影的圖案在物體的表面上向左移位。
[0023]概括來說，系統10可以消除視場中的陰影、光點或從光滑表面的反射。當真實的單色物體進入視場時，投影在物體上的圖案的位置稍微移位。因為該圖案被故意地隨機化，所以移位的圖案將不同于原始圖案。這指示在前景中存在真實物體。這個信息可以被轉發給在安全或視頻監控站的操作員。
[0024]另外，視頻幀中前景物體提取以及單色物體檢測的本申請的系統和方法利用隨機紋理圖案。激光發射器連同隨機紋理圖案產生元件照射視場，由此產生背景幀。該圖案被投影到視場中的單色物體上。
[0025]當前幀與背景幀或在前幀之一相比較以確定是否存在任何區別。響應于任何檢測到的區別，從當前幀提取不具有陰影、光點或反射的前景物體。
[0026]根據前述內容，將被觀測到的是，在不脫離本文的精神和范圍的情況下可以實現許多變化和修改。要理解的是，不意圖或者不應當推斷出關于這里說明的特定設備的限制。當然，意圖是由所附的權利要求覆蓋落入權利要求范圍內的所有這樣的修改。另外，圖中描繪的邏輯流程不要求示出的特定順序或連續的順序來實現合乎期望的結果。可以向描述的流程提供其它步驟，或者可以從描述的流程消除步驟，以及可以向所描述的實施例添加其它部件，或者從所描述的實施例去除部件。
【主權項】
1.一種方法，包括: 建立視場； 把紋理圖像投影到視場中； 確定并存儲背景幀或視場中的當前幀中的至少一個； 檢測視場中隨后的幀； 比較所存儲的幀和所述隨后的幀，并且如果存在區別，則確定所述隨后的幀是否包括光學噪聲或前景圖像；以及 響應于確定，從所述隨后的幀提取前景物體。2.根據權利要求1的方法，包括:使用提取的圖像建立警報條件。3.根據權利要求1的方法，包括:在預先確定的區域中建立多個視場。4.根據權利要求2的方法，包括:生成具有選擇頻率的射束，調制所述射束并且把產生的紋理圖像投影到視場中。5.根據權利要求4的方法，包括:將發射器和接收器耦合到剛性框架。6.根據權利要求5的方法，包括:將所述框架定向，使得發射器和接收器被定向為朝向視場。7.根據權利要求6的方法，包括:檢測所述光學噪聲是否包括陰影、光點或反射中的至少一個。8.根據權利要求1的方法，包括:將多個紋理圖像投影到共同區域中的相應多個視場中。9.根據權利要求1的方法，其中投影包括:將隨機紋理圖像投影到視場中。10.—種設備，包括: 發射器，用于將紋理紅外照射投影到選擇的視場中； 紅外傳感器，對視場中的圖像做出響應； 控制電路，至少耦合到所述傳感器； 存儲元件，耦合到所述控制電路以用于存儲來自所述傳感器的圖像； 包括用于比較在所述傳感器處接收的當前幀與存儲的背景幀或在前幀之一的電路，并且其中所述電路對所述當前幀與存儲的背景幀或在前幀之一之間的紋理區別做出響應，以提取來自視場的表面圖像。
【專利摘要】視頻幀中前景物體提取以及單色物體檢測的系統和方法。激光發射器連同隨機紋理圖案產生元件照射視場，由此產生背景幀。該圖案被投影到視場中的單色物體上。當前幀與背景幀或在前幀之一相比較以確定是否存在任何區別。響應于任何檢測到的區別，從當前幀提取不具有陰影、光點或反射的前景物體。
【IPC分類】H04N5/74, H04N9/31
【公開號】CN105657307
【申請號】
【發明人】吳迪, 趙天鋒, 徐海東
【申請人】霍尼韋爾國際公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月1日