运动检测(前景检测)之(一)ViBe

    xiaoxiao2023-03-24  4

        因为监控发展的需求,目前前景检测的研究还是很多的,也出现了很多新的方法和思路。个人了解的大概概括为以下一些:

           帧差、背景减除(GMM、CodeBook、 SOBS、 SACON、 VIBE、 W4、多帧平均……)、光流(稀疏光流、稠密光流)、运动竞争(Motion Competition)、运动模版(运动历史图像)、时间熵……等等。如果加上他们的改进版,那就是很大的一个家族了。

          对于上一些方法的一点简单的对比分析可以参考下:

    http://www.cnblogs.com/ronny/archive/2012/04/12/2444053.html

           至于哪个最好,看使用环境吧,各有千秋,有一些适用的情况更多,有一些在某些情况下表现更好。这些都需要针对自己的使用情况作测试确定的。呵呵。

           推荐一个牛逼的库:http://code.google.com/p/bgslibrary/里面包含了各种背景减除的方法,可以让自己少做很多力气活。

           还有王先荣博客上存在不少的分析:

    http://www.cnblogs.com/xrwang/archive/2010/02/21/ForegroundDetection.html

           下面的博客上转载王先荣的上面几篇,然后加上自己分析了两篇:

    http://blog.csdn.net/stellar0

     

           本文主要关注其中的一种背景减除方法:ViBe。stellar0的博客上对ViBe进行了分析,我这里就不再啰嗦了,具体的理论可以参考:

    http://www2.ulg.ac.be/telecom/research/vibe/

    http://blog.csdn.net/stellar0/article/details/8777283

    http://blog.csdn.net/yongshengsilingsa/article/details/6659859

    http://www2.ulg.ac.be/telecom/research/vibe/download.html

    http://www.cvchina.info/2011/12/25/vibe/

    ViBe: A universal background subtraction algorithm for video sequences

    ViBe: a powerful technique for background detection and subtraction in video sequences

     

           ViBe是一种像素级视频背景建模或前景检测的算法,效果优于所熟知的几种算法,对硬件内存占用也少,很简单。我之前根据stellar0的代码(在这里,非常感谢stellar0)改写成一个Mat格式的代码了,现在摆上来和大家交流,具体如下:(在VS2010+OpenCV2.4.2中测试通过)

     

    ViBe.h

    [cpp] view plain copy #pragma once  #include <iostream>  #include "opencv2/opencv.hpp"    using namespace cv;  using namespace std;    #define NUM_SAMPLES 20      //每个像素点的样本个数  #define MIN_MATCHES 2       //#min指数  #define RADIUS 20       //Sqthere半径  #define SUBSAMPLE_FACTOR 16 //子采样概率      class ViBe_BGS  {  public:      ViBe_BGS(void);      ~ViBe_BGS(void);        void init(const Mat _image);   //初始化      void processFirstFrame(const Mat _image);      void testAndUpdate(const Mat _image);  //更新      Mat getMask(void){return m_mask;};    private:      Mat m_samples[NUM_SAMPLES];      Mat m_foregroundMatchCount;      Mat m_mask;  };  

    ViBe.cpp

    [cpp] view plain copy #include <opencv2/opencv.hpp>  #include <iostream>  #include "ViBe.h"    using namespace std;  using namespace cv;    int c_xoff[9] = {-1,  0,  1, -1, 1, -1, 0, 1, 0};  //x的邻居点  int c_yoff[9] = {-1,  0,  1, -1, 1, -1, 0, 1, 0};  //y的邻居点    ViBe_BGS::ViBe_BGS(void)  {    }  ViBe_BGS::~ViBe_BGS(void)  {    }    /**************** Assign space and init ***************************/  void ViBe_BGS::init(const Mat _image)  {       for(int i = 0; i < NUM_SAMPLES; i++)       {           m_samples[i] = Mat::zeros(_image.size(), CV_8UC1);       }       m_mask = Mat::zeros(_image.size(),CV_8UC1);       m_foregroundMatchCount = Mat::zeros(_image.size(),CV_8UC1);  }    /**************** Init model from first frame ********************/  void ViBe_BGS::processFirstFrame(const Mat _image)  {      RNG rng;      int row, col;        for(int i = 0; i < _image.rows; i++)      {          for(int j = 0; j < _image.cols; j++)          {               for(int k = 0 ; k < NUM_SAMPLES; k++)               {                   // Random pick up NUM_SAMPLES pixel in neighbourhood to construct the model                   int random = rng.uniform(0, 9);                     row = i + c_yoff[random];                   if (row < 0)                        row = 0;                   if (row >= _image.rows)                       row = _image.rows - 1;                     col = j + c_xoff[random];                   if (col < 0)                        col = 0;                   if (col >= _image.cols)                       col = _image.cols - 1;                     m_samples[k].at<uchar>(i, j) = _image.at<uchar>(row, col);               }          }      }  }    /**************** Test a new frame and update model ********************/  void ViBe_BGS::testAndUpdate(const Mat _image)  {      RNG rng;        for(int i = 0; i < _image.rows; i++)      {          for(int j = 0; j < _image.cols; j++)          {              int matches(0), count(0);              float dist;                while(matches < MIN_MATCHES && count < NUM_SAMPLES)              {                  dist = abs(m_samples[count].at<uchar>(i, j) - _image.at<uchar>(i, j));                  if (dist < RADIUS)                      matches++;                  count++;              }                if (matches >= MIN_MATCHES)              {                  // It is a background pixel                  m_foregroundMatchCount.at<uchar>(i, j) = 0;                    // Set background pixel to 0                  m_mask.at<uchar>(i, j) = 0;                    // 如果一个像素是背景点,那么它有 1 / defaultSubsamplingFactor 的概率去更新自己的模型样本值                  int random = rng.uniform(0, SUBSAMPLE_FACTOR);                  if (random == 0)                  {                      random = rng.uniform(0, NUM_SAMPLES);                      m_samples[random].at<uchar>(i, j) = _image.at<uchar>(i, j);                  }                    // 同时也有 1 / defaultSubsamplingFactor 的概率去更新它的邻居点的模型样本值                  random = rng.uniform(0, SUBSAMPLE_FACTOR);                  if (random == 0)                  {                      int row, col;                      random = rng.uniform(0, 9);                      row = i + c_yoff[random];                      if (row < 0)                           row = 0;                      if (row >= _image.rows)                          row = _image.rows - 1;                        random = rng.uniform(0, 9);                      col = j + c_xoff[random];                      if (col < 0)                           col = 0;                      if (col >= _image.cols)                          col = _image.cols - 1;                        random = rng.uniform(0, NUM_SAMPLES);                      m_samples[random].at<uchar>(row, col) = _image.at<uchar>(i, j);                  }              }              else              {                  // It is a foreground pixel                  m_foregroundMatchCount.at<uchar>(i, j)++;                    // Set background pixel to 255                  m_mask.at<uchar>(i, j) = 255;                    //如果某个像素点连续N次被检测为前景,则认为一块静止区域被误判为运动,将其更新为背景点                  if (m_foregroundMatchCount.at<uchar>(i, j) > 50)                  {                      int random = rng.uniform(0, SUBSAMPLE_FACTOR);                      if (random == 0)                      {                          random = rng.uniform(0, NUM_SAMPLES);                          m_samples[random].at<uchar>(i, j) = _image.at<uchar>(i, j);                      }                  }              }          }      }  }  

    Main.cpp

    [cpp] view plain copy // This is based on   // "VIBE: A POWERFUL RANDOM TECHNIQUE TO ESTIMATE THE BACKGROUND IN VIDEO SEQUENCES"  // by Olivier Barnich and Marc Van Droogenbroeck  // Author : zouxy  // Date   : 2013-4-13  // HomePage : http://blog.csdn.net/zouxy09  // Email  : zouxy09@qq.com    #include "opencv2/opencv.hpp"  #include "ViBe.h"  #include <iostream>  #include <cstdio>    using namespace cv;  using namespace std;    int main(int argc, char* argv[])  {      Mat frame, gray, mask;      VideoCapture capture;      capture.open("video.avi");        if (!capture.isOpened())      {          cout<<"No camera or video input!\n"<<endl;          return -1;      }        ViBe_BGS Vibe_Bgs;      int count = 0;        while (1)      {          count++;          capture >> frame;          if (frame.empty())              break;          cvtColor(frame, gray, CV_RGB2GRAY);                if (count == 1)          {              Vibe_Bgs.init(gray);              Vibe_Bgs.processFirstFrame(gray);              cout<<" Training GMM complete!"<<endl;          }          else          {              Vibe_Bgs.testAndUpdate(gray);              mask = Vibe_Bgs.getMask();              morphologyEx(mask, mask, MORPH_OPEN, Mat());              imshow("mask", mask);          }            imshow("input", frame);             if ( cvWaitKey(10) == 'q' )              break;      }        return 0;  }  

     

    原文地址:http://blog.csdn.net/zouxy09/article/details/9622285

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