專利名稱：固定場景下運動目標檢測系統及方法
技術領域：
本發明屬于視頻圖像處理技術領域，涉及一種運動目標檢測系統，尤其涉及一種固定場景下運動目標檢測系統；同時，本發明還涉及一種固定場景下運動目標檢測方法。
背景技術：
固定場景視頻領域中，圖像分析運動目標時具有無序性，然而視頻圖像分析應用于課堂教學領域和導錄播系統中(尤其是針對學生和導錄播系統這一特定群體)時，運動目標其實是有序或者更關注在某個方向的運動量。目前針對該類目標檢測采用方法是通過手動方式，根據桌椅位置設置。一種方案 是在每個或幾個相對應的位置手動設置運動目標檢測區域，其他未被設定的區域即使有運動目標也不被關注。第二種方案是根據每個位置通過設置預置位的方式，來調動攝像機到指定位置發現該運動目標。現有方法存在如下缺陷針對目前教學領域的互動教學以及課桌位置的不固定性，操作非常困難，而且失靈。提出的解決方法為提供固定的幾種桌椅擺放次序，但是仍然無法滿足要求。另外，如果按照正常整幅畫面做視頻檢測分析，則面臨干擾問題非常嚴重第一，前排觀眾的舉手圖像尺寸大小會超過后排觀眾站起來時的尺寸大小；第二，后排觀眾在整幅畫面中(針對教學領域和導錄播系統中，一臺攝像機兼顧整個教室畫面，往往需要提供廣角攝像機或者78。以上鏡頭)后排學生在攝像機視野場景中占據的畫面像素量本身就很有限，全屏圖像檢測分析，會出現混亂狀態。有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的運動目標檢測方案，以便提高檢測效率及檢測精確度。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種固定場景下運動目標檢測系統，可避免干擾，提高檢測效率及檢測精確度。此外，本發明還提供一種固定場景下運動目標檢測方法，可避免干擾，提高檢測效率及檢測精確度。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種固定場景下運動目標檢測系統，所述系統包括圖像獲取單元，用以獲取設定區域的視頻或/和圖像；目標特征提取單元，用以通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據；區域分割單元，用以根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域；檢測參數設定單元，用以設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量；目標檢測單元，用以檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。作為本發明的一種優選方案，所述系統進一步包括跟蹤定位單元、第二圖像獲取單元；所述跟蹤定位單元用以在目標檢測單元判斷有運動目標運動后，控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤。
作為本發明的一種優選方案，所述目標檢測單元在運動區域內設定若干比對區域，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置；如果被比對的幀中找到被比對的圖像，則確認被比對的圖像分別在兩個幀中的位
置坐標；若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元；如果某一時刻有多個檢測區域均判斷有活動目標運動，則不向跟蹤定位單元發出通知及命令。作為本發明的一種優選方案，所述檢測參數設定單元設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量。作為本發明的一種優選方案，所述系統包括若干圖像獲取單元，分別獲取設定區域不同角度的畫面；所述目標特征提取單元分別提取不同圖像獲取單元獲取的畫面，進而由區域分割單元分割；當目標檢測單元檢測到一個圖像獲取單元獲取畫面中有運動目標在運動時，即判斷該運動目標正在運動。作為本發明的一種優選方案，所述區域分割單元分割的遮蓋區域后期不做實時檢測；每間隔設定長的時間會對遮蓋區域做一次檢測，如果遮蓋區域出現運動目標，則將出現運動目標的遮蓋區域分割出來，將其作為檢測區域；如果檢測區域經過后期檢測，發現沒有運動目標，則該檢測區域后期也會轉換為遮蓋區域。一種上述固定場景下運動目標檢測系統的目標檢測方法，所述方法包括如下步驟圖像獲取步驟，圖像獲取單元獲取設定區域的視頻或/和圖像；目標特征提取步驟，目標特征提取單元通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據；區域分割步驟，區域分割單元根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域；檢測參數設定步驟，檢測參數設定單元設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量；目標檢測步驟，目標檢測單元檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。作為本發明的一種優選方案，所述方法進一步包括跟蹤定位步驟跟蹤定位單元在目標檢測單元判斷有運動目標運動后，控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤。作為本發明的一種優選方案，所述目標檢測步驟中，目標檢測單元在運動區域內 設定若干比對區域，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置；如果被比對的幀中找到被比對的圖像，則確認被比對的圖像分別在兩個幀中的位置坐標；若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元；如果某一時刻有多個檢測區域均判斷有活動目標運動，則不向跟蹤定位單元發出通知及命令。作為本發明的一種優選方案，所述檢測參數設定步驟中，設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量。作為本發明的一種優選方案，所述系統包括若干圖像獲取單元，分別獲取設定區域不同角度的畫面；所述方法中，所述目標特征提取單元分別提取不同圖像獲取單元獲取的畫面，進而由區域分割單元分割；當目標檢測單元檢測到一個圖像獲取單元獲取畫面中有運動目標在運動時，即判斷該運動目標正在運動。本發明的有益效果在于本發明提出的固定場景下運動目標檢測系統及方法，通過將畫面中包含有運動目標的區域分割出來，只需要檢測分割區域的運動目標，提高檢測效率及精確度。同時，本發明僅檢測某個設定方向的運動分量，從而進一步提高檢測效率，避免干擾，提高檢測精確度。


圖I為本發明目標檢測系統的組成示意圖。圖2為本發明目標檢測方法的流程圖。圖3為區域分割單元分割運動區域的示意圖。圖4為目標檢測單元判斷運動目標運動的示意圖。圖5為目標檢測單元判斷運動目標未運動的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
實施例一本發明主要是針對在教學領域中互動課堂，學生舉手回答問題時的導錄播，學生在回答問題時是站立姿態，正常和回答完畢后都是坐立狀態。本專利目的就是準確捕捉到當前站立學生位置，并指揮輔助攝像機跟蹤該學生的特征放大畫面，如果同時檢測到多個學生站立，跟蹤攝像機保持原來全景初始位置。當然，本發明也適用于視頻會議、演播室等其他場景。請參閱圖1，本發明揭示了一種固定場景下運動目標檢測系統，所述系統包括圖像獲取單元20、目標特征提取單元11、區域分割單元12、檢測參數設定單元13、目標檢測單元14、跟蹤定位單元15、第二圖像獲取單元30。所述目標特征提取單元11、區域分割單元12、檢測參數設定單元13、目標檢測單元14、跟蹤定位單元15可以設置于一計算機10內，該計算機10分別與圖像獲取單元20、第二圖像獲取單元30連接。所述系統可以連接若干圖像獲取單元20、若干第二圖像獲取單元30。 圖像獲取單元20用以獲取設定區域的視頻或/和圖像。圖像獲取單元20可以為一個固定設置的攝像機。第二圖像獲取單元30則是通過控制系統驅動的可移動攝像機，通常根據計算機10獲取的運動目標而被計算機10控制、轉向該目標。目標特征提取單元11用以通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據。通常可以將運動區域設定為矩形塊，二維坐標系中矩形塊可以根據對角線2個頂點的坐標即可判斷矩形塊的位置。如對角線兩個頂點坐標分別為(10，20)、(20，50)，實際就成了寬10，高30的矩形框。如圖3所示，區域分割單元12根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域50，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域。兩個相鄰的檢測區域50可以有重合的區域。檢測區域50可以為矩形塊，這些矩形塊的參數坐標可以有重疊如第一個矩形坐標(10，10)、(20，40)，第二個矩形坐標(15，10),(25,40),第三個矩形坐標(10，20)、(20，50);將這些塊定義為新的檢測區域，并將這些檢測區域的參數寫入系統中，有多少個檢測區域(矩形塊)完全取決于獲取了多少個運動目標。本實施例中，將拍攝畫面分割，得到多個檢測區域50，其他區域為遮蓋區域，后期不做實時檢測；但每間隔設定長的時間會對遮蓋區域做一次檢測，如果遮蓋區域出現運動目標，則將出現運動目標的遮蓋區域分割出來，將其作為檢測區域50。同樣地，如果檢測區域50經過后期檢測，發現沒有運動目標出現，則該檢測區域后期也會轉換為遮蓋區域。檢測參數設定單元13用以設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量。由于在教學領域和導錄播系統，針對“學生或觀眾”的活動不需要關注水平運動分量，僅需關注垂直運動分量，進而就可以自動設置不同位置不同情況下的運動目標檢測區域“塊”。本實施例中，所述檢測參數設定單元設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量。目標檢測單元14用以檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。具體地，當設定好參數后，系統自動記憶保存當前參數，接下來正常的教學或導錄播開始時，系統將根據該參數作為標準判斷檢測運動目標的位置，然后將位置參數發送給受控制的第二圖像獲取單元(第二攝像機)。請參閱圖3至圖5，本實施例中，所述目標檢測單元14在運動區域內設定若干比對區域51，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置。如圖4所示，如果被比對的幀中找到被比對的圖像，則確認被比對的圖像分別在兩個幀中的位置坐標；若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元15。
如圖5所示，若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差小于設定閾值，則判斷該運動目標沒有發生垂直方向上的運動，沒有出現比如學生或與會人員起立回答問題的情況，可能僅僅是身體的左右移動。當然，如果被比對的幀中沒有發現所有比對區域中的被比對圖像，則也不發出通知及命令。當然，如果某一時刻有多個檢測區域均判斷有活動目標運動，則也可以不向跟蹤定位單元15發出通知及命令。系統運行后，學生或觀眾舉手時，受運動檢測區域塊影響而不會產生干擾。學生站立回答問題時僅檢測垂直分量，如出現左右搖晃等，則不會產生干擾。所述跟蹤定位單元15用以在目標檢測單元判斷有運動目標運動后，控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤，控制其完成全自動導錄播跟蹤。以上介紹了本發明固定場景下運動目標檢測系統的組成，本發明在揭示上述系統的同時，還揭示一種上述固定場景下運動目標檢測系統的目標檢測方法；請參閱圖2，所述方法包括如下步驟步驟SI圖像獲取步驟，圖像獲取單元獲取設定區域的視頻或/和圖像；步驟S2目標特征提取步驟，目標特征提取單元通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據；步驟S3區域分割步驟，區域分割單元根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域；步驟S4檢測參數設定步驟，檢測參數設定單元設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量。由于在教學領域和導錄播系統，針對“學生或觀眾”的活動不需要關注水平運動分量，僅需關注垂直運動分量，進而就可以自動設置不同位置不同情況下的運動目標檢測區域“塊”。本實施例中，設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量。步驟S5目標檢測步驟，目標檢測單元檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。本實施例中，目標檢測單元在運動區域內設定若干比對區域，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置。如果被比對的幀中找到被比對的圖像，則確認被比對的圖像分別在兩個幀中的位置坐標；若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元。步驟S6跟蹤定位步驟跟蹤定位單元在目標檢測單元判斷有運動目標運動后， 控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤。實施例二本實施例與實施例一的區別在于，本實施例中，所述系統包括若干圖像獲取單元，分別獲取設定區域不同角度的畫面；所述目標特征提取單元分別提取不同圖像獲取單元獲取的畫面，進而由區域分割單元分割；當目標檢測單元檢測到一個圖像獲取單元獲取畫面中有運動目標在運動時，即判斷該運動目標正在運動。本實施例可以更好地避免運動目標被遮擋而引起檢測不到，可以有效提高系統的精確度。綜上所述，本發明提出的固定場景下運動目標檢測系統及方法，通過將畫面中包含有運動目標的區域分割出來，只需要檢測分割區域的運動目標，提高檢測效率及精確度。同時，本發明僅檢測某個設定方向的運動分量，從而進一步提高檢測效率，避免干擾，提高檢測精確度。這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1.一種固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于，所述系統包括 圖像獲取單元，用以獲取設定區域的視頻或/和圖像； 目標特征提取單元，用以通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據； 區域分割單元，用以根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域； 檢測參數設定單元，用以設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量； 目標檢測單元，用以檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。
2.根據權利要求I所述的固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于 所述系統進一步包括跟蹤定位單元、第二圖像獲取單元； 所述跟蹤定位單元用以在目標檢測單元判斷有運動目標運動后，控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤。
3.根據權利要求2所述的固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于 所述目標檢測單元在運動區域內設定若干比對區域，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置； 如果被比對的幀中找到被比對的圖像，貝_認被比對的圖像分別在兩個幀中的位置坐標；若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元； 如果某一時刻有多個檢測區域均判斷有活動目標運動，則不向跟蹤定位單元發出通知及命令。
4.根據權利要求I所述的固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于 所述檢測參數設定單元設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量。
5.根據權利要求I所述的固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于 所述系統包括若干圖像獲取單元，分別獲取設定區域不同角度的畫面； 所述目標特征提取單元分別提取不同圖像獲取單元獲取的畫面，進而由區域分割單元分割；當目標檢測單元檢測到一個圖像獲取單元獲取畫面中有運動目標在運動時，即判斷該運動目標正在運動。
6.根據權利要求I所述的固定場景下運動目標檢測系統，其特征在于 所述區域分割單元分割的遮蓋區域后期不做實時檢測；每間隔設定長的時間會對遮蓋區域做一次檢測，如果遮蓋區域出現運動目標，則將出現運動目標的遮蓋區域分割出來，將其作為檢測區域； 如果檢測區域經過后期檢測，發現沒有運動目標，則該檢測區域后期也會轉換為遮蓋區域。
7.—種權利要求I所述固定場景下運動目標檢測系統的目標檢測方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 圖像獲取步驟，圖像獲取單元獲取設定區域的視頻或/和圖像； 目標特征提取步驟，目標特征提取單元通過前一幀或前一段時間內拍攝畫面中運動目標的特征，分別提取出所述設定區域內的單個運動目標的運動目標大小、運動目標在不同姿態下的活動區域，然后綜合不同姿態下的活動區域確定運動目標的運動區域，該運動區域能覆蓋所述運動目標在不同姿態下的各個活動區域；運動目標大小、運動區域作為運動目標的標準參數，作為后續的分割依據； 區域分割步驟，區域分割單元根據所述目標特征提取單元提取的運動目標大小確定圖像獲取單元拍攝畫面中各運動目標的位置，并進一步將所述圖像獲取單元拍攝的畫面分割；按照標準參數中的運動區域為一個運動目標分割出一個檢測區域，所有運動目標分配完之后剩下的區域為遮蓋區域； 檢測參數設定步驟，檢測參數設定單元設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量； 目標檢測步驟，目標檢測單元檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。
8.根據權利要求7所述的檢測方法，其特征在于 所述方法進一步包括跟蹤定位步驟跟蹤定位單元在目標檢測單元判斷有運動目標運動后，控制第二圖像獲取單元將鏡頭轉至該運動目標，對該運動目標進行定位跟蹤。
9.根據權利要求7所述的檢測方法，其特征在于 所述目標檢測步驟中，目標檢測單元在運動區域內設定若干比對區域，并實時比對；將當前幀中各比對區域內的圖像與前一幀或若干幀前中的圖像做比對，尋找該對比區域內圖像在前一幀或前面若干幀中圖像的位置； 如果被比對的幀中找到被比對的圖像，則確認被比對的圖像分別在兩個幀中的位置坐標； 若被比對的圖像在兩個幀垂直方向上的位置坐標之差大于設定閾值，則判斷該運動目標發生運動，并通知跟蹤定位單元； 如果某一時刻有多個檢測區域均判斷有活動目標運動，則不向跟蹤定位單元發出通知及命令。
10.根據權利要求7所述的檢測方法，其特征在于 所述檢測參數設定步驟中，設定運動目標的運動檢測參數為僅檢測運動目標的垂直運動分量； 所述系統包括若干圖像獲取單元，分別獲取設定區域不同角度的畫面； 所述方法中，所述目標特征提取單元分別提取不同圖像獲取單元獲取的畫面，進而由區域分割單元分割；當目標檢測單元檢測到一個圖像獲取單元獲取畫面中有運動目標在運動時，即判斷該運動目標正在運動。
全文摘要
本發明揭示了一種固定場景下運動目標檢測系統及方法，所述系統包括圖像獲取單元、目標特征提取單元、區域分割單元、檢測參數設定單元、目標檢測單元。目標特征提取單元用以提取出設定區域內的目標特征，從目標特征中提取出運動目標大小及運動區域；區域分割單元用以根據目標特征提取單元提取的運動目標大小及運動區域將拍攝畫面分割為一個或多個檢測區域和遮蓋區域；檢測參數設定單元用以設定檢測區域中運動目標的運動檢測參數，僅檢測運動目標的設定方向的運動分量；目標檢測單元用以檢測各個檢測區域內運動目標在設定方向的運動情況，從而判斷運動目標的運動狀態。本發明目標檢測系統及方法，可有效提高檢測效率及精確度。
文檔編號G06T7/20GK102903125SQ20121036734
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者陳進友, 孟蜀鍇 申請人:無錫天授信息科技有限公司