Способ выделения контуров движущихся объектов
Владельцы патента RU 2466456:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)
Изобретение относится к области распознавания образов и может быть использовано в системах технического зрения при решении задач предварительной обработки изображения. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения областей движущихся объектов и повышение скорости выделения контуров изображения. Предложен способ выделения контуров движущихся объектов, включающий обнаружение движущихся пикселей по принципу межкадрового вычитания, определение направления движения обнаруженных пикселей с учетом направления движения смежных пикселей, формирование движущихся объектов путем объединения смежных пикселей с одним направлением и наличия пикселей в восьмисвязной окрестности, пространственное дифференцирование обнаруженных объектов оператором Собела, скелетизация контурных линий на градиентном изображении методом подавления точек немаксимальной яркости, пороговая обработка скелетного градиентного изображения на основе максимума и минимума энтропии. 1 ил.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения, цифровых устройствах получения и обработки изображений для формирования контурного описания изображения.
Известен способ подчеркивания контуров изображения движущихся объектов (патент №2337501, опубл. 27.10.2008), заключающийся в обнаружении движения, определении движения пикселей, объединении движущихся в одном направлении пикселей в объекты и подчеркивании их контуров.
Недостатком данного способа является низкая точность определения направления движения пикселей и как следствие невысокая точность выделения контуров, вызванная независимой обработкой каждого пикселя при обнаружении направления его движения без учета информации о соседних пикселях.
Наиболее близким является способ выделения контуров объектов изображения (патент №2383925, опубл. 27.04.2009), включающий процесс предварительной фильтрации фильтром Гаусса, выделения контуров оператором Собела, утончения контурных линий и пороговой обработки.
Недостатком данного способа является низкая скорость выделения контуров.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения областей движущихся объектов, с одновременным увеличением скорости выделения контуров.
Задача решается тем, что в известный способ, включающий выделение контуров на основе пространственного дифференцирования, утончение контуров и бинаризацию, введены обнаружение движущихся объектов и определение направления движения пикселей объектов.
Изобретение может быть использовано для выделения контуров объектов изображения в системах технического зрения, цифровых фото- и видеокамерах.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан обобщенный алгоритм способа выделения контуров движущихся объектов.
Рассмотрим операции, применяемые в изобретении, к которым относятся формирование движущихся объектов, пространственное дифференцирование обнаруженных объектов, скелетизация контурных линий на градиентном изображении, пороговая обработка скелетного градиентного изображения.
Для обнаружения движущихся объектов предыдущий кадр I(k-1) и текущий кадр I(k) обрабатываются скользящим окном 3х3. Для каждого пикселя (i,j) текущего и предыдущего кадра составляются матрицы яркости X(k) и X(k-1) восьмисвязной окрестности
,n=k, k-1,
Для учета возможных изменений внешней освещенности сцены с одним и тем же расположением объектов в следующем кадре относительно текущего кадра матрицы X(k) и X(k-1) преобразуются следующим образом:
, 
; 
,
, 
; 
,
Направление перемещения r каждого пикселя относительно текущего k-го кадра определяется по принципу межкадрового вычитания. Расчет производится для восьмисвязной окрестности каждого пикселя. Вывод о перемещении пикселя в одном из 8 направлений делается на основании следующего условия:
X**(k/k-1)=X*(k)-X*(k-1),
, 
, 
,
где Td - минимальный порог обнаружения движения.
Для определения направления движения пикселя формируются матрицы определения перемещения центрального пикселя на текущем кадре относительно предыдущего, которые задаются в общем виде следующим образом:
,
, 
; 
; 
,
где r - номер направления движения.
Результирующие матрицы яркости изображения, вычисляющие перемещение пикселя на текущем кадре, задаются в общем виде следующим образом:
Xr(k/k-1)=X*(k)-Xr(k-1), 
.
За направление движения пикселя принимается то направление, для которого суммарное значение изменений яркости (сумма всех элементов результирующих матриц) по модулю является минимальным.
где direction(•) - функция, значением которой является величина верхнего индекса матрицы Xr (k/k-1).
При получении в текущей точке xij функцией direction (•) нескольких минимумов учитываются смежные пиксели xij-1, xi-1j, xi-1j-1, xij+1. Если направление движения смежного пикселя D(xzl(k)) однозначно определено и совпадает с одним из направлений движения текущего пикселя D(xij(k)), то
текущему пикселю присваивается направление движения смежного пикселя D(xij(k))=D(xzl(k)).
Пиксели с одинаковым направлением движения группируются в объекты при условии, что для каждой точки найдется не менее одной соседней точки, расположенной на расстоянии 1 пиксель. В результате отсеиваются неинформативные точки с разным направлением движения, уточняя области для выделения контуров, за счет чего повышается точность и скорость последующих этапов обработки.
Выделение контуров производится с помощью оператора Собела
,
,
где Gr - градиентное изображение, каждый элемент которого содержит два компонента: модуль градиента G(x,y) (поле величин), отражающий скорость изменения яркости в точке с координатами 〈x,y〉, и направление градиента ν(x,y) (поле направлений), которое определяется углом наклона прямой, соответствующий направлению перепада яркости, к оси абсцисс.
Функция утончения контурных линий fes(>) выполняет создание односвязных представлений контуров
,
где (х*,у*) - координаты опорных точек, находящихся на прямой, ортогональной касательной к контурной линии в данной точке.
Функция бинаризации feth(•) выполняет разделение точек изображения на точки контуров и точки однородных областей
,
,
, 
, ∀x, ∀y:b(x,y)∈[0,1],
где K - коэффициент детализации бинарного изображения В, который позволяет управлять уровнем детализации (количеством контуров); t(•) - функции изменения пороговых значений в зависимости от наличия в восьмисвязной окрестности точек контура; Т1, T2, - пороговые значения, определяемые исходя из критерия максимума и минимума энтропии.
Лучшим набором параметров для определения порога T2 является тот, который удовлетворяет условию минимума энтропии
,
а для T1 максимума энтропии
,
где H(>) - функция энтропии; t1(r), t2(r)) - пары параметров-кандидатов для расчета функции энтропии.
Пороговые значения вычисляется следующим образом:
, 
.
Изобретение позволяет увеличить скорость получения контуров объектов за счет повышения точности формирования областей движущихся объектов и проведения операций для выделения контуров только в выделенных областях.
Способ выделения контуров движущихся объектов, включающий пространственное дифференцирование обнаруженных объектов, скелетизацию контурных линий на градиентном изображении, пороговую обработку скелетного градиентного изображения, отличающийся тем, что предварительно обнаруживаются движущиеся пиксели по принципу межкадрового вычитания, определяется направление движения обнаруженных пикселей с учетом направления движения смежных пикселей, формируются движущиеся объекты путем объединения смежных пикселей с одним направлением и наличия пикселей в восьмисвязной окрестности.
