魏華良 王金祥（通訊作者） 延邊大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科

1 研究目的及內(nèi)容

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)獨(dú)居老人的異常行為檢測(cè)非常有必要，本文針對(duì)室內(nèi)固定攝像頭采集的視頻圖像運(yùn)用三幀差與背景差結(jié)合的方法，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)跟蹤分析，對(duì)老人運(yùn)動(dòng)行為的不同情況做出判斷，對(duì)異常的行為做出告警。

2 背景模型建立與更新

背景差分方法是對(duì)圖像背景進(jìn)行更新和建立的過(guò)程，因此背景圖像的準(zhǔn)確性將影響到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的效果。本文使用Surendra 算法更新背景。

2.1 Surendra 算法的基本原理

因?yàn)榍昂髢煞鶊D像之間存在差異，然后判斷通過(guò)幀差法得到的圖像中的像素點(diǎn)，當(dāng)像素點(diǎn)高于閾值時(shí)判斷該點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)區(qū)域的前景，當(dāng)像素點(diǎn)低于閾值時(shí)判斷該點(diǎn)為靜止的背景。算法步驟如下：

步驟1：建立背景初始圖像，一般選取視頻中第一幀圖像作為初始的背景圖像。

步驟2：幀差法獲得前景圖像，并進(jìn)行閾值處理獲得二值圖像。

步驟3：通過(guò)二值圖像來(lái)更新背景圖像。

實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)背景圖像的更新速率約等于0.1 時(shí)背景更新效果為最佳。

2.2 無(wú)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)的背景更新

當(dāng)檢測(cè)到無(wú)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)則以當(dāng)前幀為背景圖像。即當(dāng)前景圖像經(jīng)過(guò)圖像處理后得到像素點(diǎn)全為0 的圖像時(shí)，則更新背景使用當(dāng)前幀作為背景圖像。

3 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及行為識(shí)別

3.1 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)

建立好背景模型后，就可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。本文將采用三幀差法與背景差法相結(jié)合的方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。三幀差可以很好的反映出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況。但是如果目標(biāo)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，三幀差法就并不能很好的跟蹤目標(biāo)，而此時(shí)背景差法則可以彌補(bǔ)三幀差法的不足之處，同時(shí)三幀差法又可以彌補(bǔ)背景差法因前景像素值和背景像素值相近而產(chǎn)生的誤差。兩種方法結(jié)合才可以準(zhǔn)確的檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

3.2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的異常行為識(shí)別與告警

本文將根據(jù)形狀特征、中心下降速率以及維持一鐘狀態(tài)的時(shí)間三個(gè)因素來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的異常行為進(jìn)行識(shí)別與告警。

對(duì)于形狀特征最簡(jiǎn)單的方法就是找目標(biāo)的外接矩形，提取外接矩形的方法是：通過(guò)查找經(jīng)過(guò)檢測(cè)后的并且經(jīng)過(guò)去噪處理的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)前景圖像中的像素點(diǎn)來(lái)提取。在提取完外接矩形后，根據(jù)外接矩形長(zhǎng)寬比來(lái)判斷出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)，以及姿勢(shì)等。

關(guān)于中心的下降速率的檢測(cè)，只需要考察y 軸方向上的中心變化。本文取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的外接矩形的中心作為人體的中心。選擇一定時(shí)間間隔t 的前后兩幀圖像Ft、Ft-1作為檢測(cè)圖像，當(dāng)Ft(x,y) - Ft-1(x,y)的值大于閾值K 時(shí)，則判定為危險(xiǎn)因素，即有可能處于摔倒?fàn)顟B(tài)。

結(jié)合上述兩種方法的檢測(cè)，其中當(dāng)長(zhǎng)寬比θ維持一種狀態(tài)所用時(shí)間t 不超過(guò)時(shí)間閾值ΔT 下限時(shí)，認(rèn)定其為safety 級(jí)別，當(dāng)t 超過(guò)時(shí)間閾值ΔT上限時(shí)，可將站立、蹲坐和躺臥三種狀態(tài)給予不同級(jí)別告警。當(dāng)長(zhǎng)寬比θ維持一種狀態(tài)在時(shí)間閾值ΔT 之內(nèi)時(shí)，則依據(jù)中心下降速率來(lái)判斷異常行為級(jí)別。

表1 不同狀況的警報(bào)級(jí)別

4 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論

4.1 模擬監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如下分三個(gè)等級(jí)：

直立行走狀態(tài) 下蹲或預(yù)摔倒?fàn)顟B(tài) 摔倒或跌倒?fàn)顟B(tài)

4.2 實(shí)際應(yīng)用：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于關(guān)鍵的異常行為如：摔倒等。檢測(cè)準(zhǔn)確率高,且抗干擾能力強(qiáng)。