视频中运动目标阴影检测研究

【摘要】随着社会经济和城市建设的快速发展，城市人口的急剧膨胀给社会治安带来了非常大的压力。近年来，随着数字图像处理技术的不断进步，智能视频监控系统越来越普及，它在建设智能城市、平安城市和智慧城市方面发挥着至关重要的作用。在计算机视觉领域，目标检测是智能视频监控系统的最核心部分，是视频场景分析、处理和行为理解等视频内容分析的基础。然而，由于视频监控场景的复杂性，使目标检测方法的研究仍然面临很多挑战。阴影是自然界中普遍存在的一种光学现象，也是一种常见的图像降质现象，具有与目标相似的两种视觉特性。一种是阴影与背景具有明显的差异性，另一种是阴影与目标具有相同的运动特性，这两种特性使得它很容易被误检测为目标。阴影的存在可能会造成目标粘连、目标形状扭曲，甚至目标丢失，致使目标检测的准确率降低，严重影响后续的视频内容分析。因此，阴影检测成为智能视频监控系统中的一个关键问题，具有重要的理论意义和广泛的应用价值。基于阴影的光学模型，本文围绕阴影检测问题展开深入研究，并提出了四种不同的运动阴影检测方法。通过在标准视频测试序列中的仿真实验以及与经典方法的对比，验证了本文方法的有效性和优越性。主要工作总结如下：1.当目标与背景颜色相近时，目标常被误检测为阴影。为了克服单一类型颜色特征的不足，结合阴影与背景的纹理一致性，提出了基于颜色和纹理相结合的运动阴影检测方法。首先，利用HSV颜色空间中的亮度和色度对前景区域进行检测；同时，使用局部二值模式（LocalBinaryPatterns，LBP）和局部方差（LocalVariance）分别描述前景区域的纹理，并通过计算与背景的纹理相似度进行检测。然后，采用逻辑操作融合这两种结果，得到最终的检测结果。该方法同时考虑了阴影的颜色恒常性和纹理一致性，使这两类特征能够实现优势互补，取得了比较好的检测结果。2.传统的多特征阴影检测方法中，大多是在串行模式下独立使用每个特征并通过与/非逻辑机制判断前景像素是否属于阴影。与这些方法不同，提出了基于多特征融合的运动阴影检测方法，它同时考虑了亮度、颜色和纹理特征在并行模式下的使用。除亮度特征外，首先，从多个颜色空间和多尺度图像中分别提取颜色特征，并利用多通道的信息熵和LBP描述纹理特征；然后，对各个特征进行归一化，并采用不同的决策级融合策略得到最终的特征图；最后，通过阈值法对特征图二值化，实现阴影与目标的分类。通过在不同视频序列中的大量实验表明，线性加权的融合策略达到了较高的准确率，而且优于经典的阴影检测方法。3.为了克服基于像素的方法对噪声或不确定因素敏感的不足，提出了基于自适应区域分割的运动阴影检测方法。该方法分别利用两种自适应分割算法划分前景区域，一种是吸引力传播（AffinityPropagation，AP）算法；另一种是分水岭算法。前者将前景图像分成不重叠的小块，提取其颜色特征并使用AP实现分割；后者利用分水岭算法对前景图像的梯度图像进行分割，通过像素的梯度变化得到若干个子区域。然后，通过比较子区域的梯度变化、相邻帧以及当前帧与背景之间的子区域纹理相似度进行分类。该方法同时考虑了帧内和帧间的子区域纹理变化，探索的实现了时空特征的结合。大量的实验结果表明，自适应区域分割方法与规则分块方法相比，更能保持区域的特征一致性；与基于像素的方法相比，具有更好的鲁棒性。4.现有的阴影检测方法中，许多都依赖于一些限制性的假设条件和场景的光照变化，甚至要求每个视频都要有一组固定的参数，然而这在复杂的监控场景中并不适用。针对此问题，提出了基于统计判别模型的运动阴影检测方法。首先，从人工标记的像素中提取不同类型的特征并组成特征向量作为原始样本，特征个数即样本的维数；然后，采用偏最小二乘（PartialLeastSquares，PLS）对原始样本进行维数约简，同时使用Logistic判别（LogisticDiscrimination，LD）分类，构建统计判别模型PLS-LD；最后，对输入的待检测像素，利用PLS-LD对其分类。该方法不依赖阈值，能够自动判断像素的类别。通过对不同视频序列的测试以及交叉训练测试，验证了该方法的有效性和泛化能力。
【作者】代江艳；
【导师】孔俊；
【作者基本信息】东北师范大学，应用数学，2014，博士
【关键词】智能视频监控；阴影模型；运动阴影检测；特征融合；监督学习；

【参考文献】
[1]孙曦.DDoS攻击及其对策研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[2]崔警卫.基于Contourlet变换的医学X-CT图像去噪算法研究[D].广西科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[3]杨婷.多幅图像去雾算法研究[D].大连海事大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[4]左坤伦.华晨中华汽车竞争战略研究[D].东北大学,企业管理,2010,硕士.
[5]李桥兴.多属性决策中指标权重确定的理论研究与应用[D].广西大学,应用数学,2004,硕士.
[6]李琪.退役工程机械再生制造的回收网络构建研究[D].北京交通大学,2014.
[7]夏宇.生鲜湿面生产工艺及关键设备的设计[D].中南林业科技大学,食品工程,2014,硕士.
[8]赵悦.葛兰西实践哲学及当代反思[D].黑龙江大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[9]李娜.时标上脉冲动态系统的动力学分析[D].山东师范大学,应用数学,2013,硕士.
[10]胡翼.西南空中交通管理局培训中心培训管理系统设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[11].浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室[J].今日科技,2012,05:6-7.
[12]曾阿仙.外资对中国上市公司股权收购法律问题研究[D].对外经济贸易大学,法律,2004,硕士.
[13]米红.脾虚大鼠胃粘膜易损伤性机制及黄芪总苷的作用[D].广州中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[14]余自若,袁媛,张远庆,时瑾.高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究[J].铁道学报,2014,07:90-95.
[15]柴永昌.先秦儒家、道家、法家君道论研究[D].西北大学,中国史,2014,博士.
[16]佟菲.常态化户外徒步运动服装设计探究[D].长春工业大学,设计艺术学,2013,硕士.
[17]仝仁.数据库长出新芽[N].中国计算机报,2001-11-12E06.
[18]胡德文,万百五,施仁.脉冲响应函数辨识的随机A—最优输入设计及其渐近性质[J].自动化学报,1991,01:24-32.
[19]唐慧儒,黄镇宇,沈铭科,王智化,周俊虎,岑可法.褐煤脱水及水质净化研究[J].中国环境科学,2015,03:735-741.
[20]于淑一.吉林省集安蛇纹石玉的谱学研究[D].吉林大学,材料工程,2013,硕士.
[21]赵琳琳.镫口扬水灌区骨干渠道淤积特性和影响因素研究[D].内蒙古农业大学,市政工程,2014,硕士.
[22]宋小芳.日本大阪大学教授须田信英来华讲学[J].冶金自动化,1981,06:62.
[23]吉佳佳.Bi_5FeTi_3O_(15)多铁薄膜B位掺杂的改性研究[D].扬州大学,凝聚态物理,2012,硕士.
[24]张茜.陕西“苦音”之音阶调式思辨[D].西安音乐学院,古筝演奏,2013,硕士.
[25]刘月.美国总统选举中的性别政治[D].复旦大学,国际关系,2012,硕士.
[26]常文静.教师任务前指导对学生任务中“形式注意”的影响[D].南京师范大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[27]谈氏秀莺.公共政策执行偏差的研究[D].华东师范大学,行政管理,2013,硕士.
[28]屈婷.矿工不安全行为量表设计及实证研究[D].西安科技大学,企业管理,2013,硕士.
[29]王琦.中级汉语阅读教材对比研究[D].广东外语外贸大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[30]王聪.英语化妆品广告语中的语用预设分析[D].吉林大学,英语语言文学,2013,硕士.
[31]叶柳青.NF-κB在孕鼠深静脉血栓血管内皮细胞中的表达及其抑制剂的干预作用[D].南方医科大学,妇产科学,2012,硕士.
[32]钱良.含氮杂环硼酸酯衍生物的摩擦学性能及其水解稳定性研究[D].华东交通大学,应用化学,2013,硕士.
[33]任宝金.论我国家族企业公司治理制度的不足及完善[D].中南民族大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[34]付翠利,杨晓宁.水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟[J].南京工业大学学报(自然科学版),2013,04:87-90+96.
[35]王博.基于行为分析的恶意代码分类与可视化[D].北京交通大学,2015.
[36]张玉波.中国股票市场弱式有效的实证研究[D].对外经济贸易大学,金融,2004,硕士.
[37]刘建娥.湖南省特殊教育学校发展研究[D].湖南师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[38]刘亚楠.区域土地利用变化与生态文明的关系研究[D].中国矿业大学,土地资源管理,2014,硕士.
[39]赵严.二茂铁乙炔类化合物的合成及其光电性质研究[D].湖南师范大学,2011.
[40]谭吉汛.金砖国家合作机制研究[D].山东大学,国际政治,2013,硕士.
[41]牟力军.铁基高温耐磨堆焊焊条及焊接工艺研究[D].沈阳工业大学,材料加工工程,2003,硕士.
[42]侯璞.信息披露质量与公司财务状况关系研究[D].北京交通大学,2014.
[43]蒋臣琦.拼搏创业发展攀登——24所成立20周年回顾与展望[J].微电子学.1990(02)
[44]蔡强.“艺术”处理倍增信息价值[N].通信产业报,2003/12/17.
[45]李晔.LNAPLs在包气带中运移的算法研究及其数值模拟[D].吉林大学,地球探测与信息技术,2014,硕士.
[46]秦艳.纳米雄黄混悬液诱导卵巢癌SKOV3细胞凋亡及其对Bcl-2/Bax表达的影响[D].遵义医学院,妇产科学,2012,硕士.
[47]娄利娇.被动微波遥感土壤湿度数据降尺度研究[D].中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[48]王亚丽.芪苓方治疗湿毒型帯下病GIMⅠ-Ⅱ的临床研究[D].黑龙江省中医药科学院,中西医结合临床,2013,硕士.
[49]张晗啸.大规模无线传感器网络路由协议研究[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[50]李冰.Oct4联合小分子化合物诱导肝细胞重编程为胰腺干祖样细胞[D].中国人民解放军医学院,内科学,2013,硕士.