侦测影像中物件移动的装置与方法与流程

1.本技术涉及图像处理技术领域，具体涉及一种影像中物件移动的侦测方法与装置。


背景技术：

2.以安防监控系统来说，能够准确侦测判断影像中是否有物件移动是非常重要的功能。由于安防监控系统通常通过比对目前的影像与先前的影像来找出移动物件，所以先前的影像的产生方式及移动物件的判断方法大大地影响安防监控系统的效能及灵敏度。已知的安防监控系统常常因为未能对先前的影像做适当的处理，或是移动物件的判断方法不够准确，而造成误判(误发警报或漏发警报)。因此，有需要提出一种侦测影像中物件移动的方法与装置，来提升安防监控系统的可靠度。


技术实现要素：

3.本技术的一目的在于提供一种侦测影像中物件移动的装置与方法，以改善先前技术的不足。
4.本技术的一实施例提供一种侦测影像中物件移动的装置，包括一权重决定电路、一影像混合电路以及一物件移动侦测电路。权重决定电路用来根据一输入影像及一背景影像决定多个权重，每一权重对应于一像素位置。影像混合电路耦接所述权重决定电路，用来基于所述多个权重混合所述输入影像与所述背景影像以产生一更新后的背景影像。物件移动侦测电路耦接所述影像混合电路，用来逐区块对所述输入影像与所述背景影像或所述更新后的背景影像进行一绝对偏差总和运算，并产生一移动物件指示数据，以及根据所述移动物件指示数据及至少一阀值产生一物件移动信号。每一区块包括多个像素。
5.本技术的另一实施例提供一种侦测影像中物件移动的方法，包括：根据一输入影像及一背景影像决定多个权重，每一权重对应于一像素位置；基于所述多个权重混合所述输入影像与所述背景影像以产生一更新后的背景影像；逐区块对所述输入影像与所述背景影像或所述更新后的背景影像进行一绝对偏差总和运算，并产生一移动物件指示数据；以及根据所述移动物件指示数据及至少一阀值产生一物件移动信号。每一区块包括多个像素。
6.有关本技术的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1为本技术侦测影像中物件移动的装置的一实施例的功能方块图；
9.图2是本技术侦测影像中物件移动的方法的一实施例的流程图；
10.图3显示输入影像im及背景影像bg(或更新后的背景影像bg')的示意图；
11.图4a显示移动物件指示数据moi的一个例子；
12.图4b显示屏蔽的一实施例的示意图；
13.图5是图2的步骤s210的一实施例的流程图；
14.图6为物件移动侦测电路120的一实施例的功能方块图；
15.图7显示步骤s230的子步骤，以及步骤s240的子步骤；
16.图8为物件移动侦测电路120的另一实施例的功能方块图；
17.图9显示步骤s240的子步骤；以及
18.图10为本技术侦测影像的灯光切换的一实施例的流程图。
19.【符号说明】
20.100:侦测影像中物件移动的装置
21.110:背景影像更新电路
22.112:权重决定电路
23.116:影像混合电路
24.120:物件移动侦测电路
25.130:储存电路
26.im:输入影像
27.bg:背景影像
28.bg':更新后的背景影像
29.sad(m,n):sad值
30.sad_thd:第一阀值
31.moi:移动物件指示数据
32.cr:比较结果
33.sig_alm:物件移动信号
34.w_thd:权重阀值
35.w_a:a类权重
36.w_a_dft:预设值
37.w_a_ini:初始值
38.w_b:b类权重
39.w_rst:重置信号
40.610:计算电路
41.620:比较电路
42.630:判断电路
43.alm_thd1:第二阀值
44.alm_thd2:第三阀值
45.810:运算电路
46.820:区域选取电路
47.830:灯光切换侦测电路
48.lsd(q),lsd(q
‑
1):灯光切换指示值
49.lsd_thd:阀值
50.l_ind:灯光切换指示信号
51.s210,s220,s230,s240,s510,s520,s530,s540,s550,s560,s570,s580,s590,s710,s720,s730,s910,s920,s930,s1010,s1020,s1030:步骤
具体实施方式
52.以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。
53.本技术的揭露内容包括侦测影像中物件移动的装置与方法。由于本技术的侦测影像中物件移动的装置所包括的部分组件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以省略。此外，本技术的侦测影像中物件移动的方法的部分或全部流程可以是软件和/或固件的形式，并且可通过本技术的侦测影像中物件移动的装置或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下方法的说明将着重于步骤内容而非硬件。
54.图1为本技术侦测影像中物件移动的装置的一实施例的功能方块图。侦测影像中物件移动的装置100包括背景影像更新电路110、物件移动侦测电路120及储存电路130。储存电路130可以包括缓存器、随机存取内存和/或缓冲器。背景影像更新电路110包括权重决定电路112及影像混合电路116。图2是本技术侦测影像中物件移动的方法的一实施例的流程图，包括以下步骤。
55.步骤s210：权重决定电路112根据输入影像im及背景影像bg决定多个权重w(x,y)(“(x,y)”代表像素的坐标)，每一权重对应于一像素位置。步骤s210的细节将在图5详细说明。
56.步骤s220：影像混合电路116逐像素基于所述多个权重混合背景影像bg与输入影像im以产生更新后的背景影像bg'。所产生的更新后的背景影像bg'存入储存电路130中，将作为下一回合(当有新进的输入影像im时)的背景影像bg。更明确地说，影像混合电路116根据下式来产生更新后的背景影像bg'(0≤w(x,y)≤1)：
57.bg'(x,y)＝w(x,y)*im(x,y) (1
‑
w(x,y))*bg(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
58.其中，im(x,y)是输入影像im在像素位置(x,y)的像素值，bg(x,y)是背景影像bg在像素位置(x,y)的像素值。在实作中，如果每个像素值以8位元表示，则im(x,y)、bg(x,y)、w(x,y)及bg'(x,y)的数值皆介于0～255，且方程式(1)可以调整成方程式(2)：
59.bg'(x,y)＝(w(x,y)*im(x,y) (28‑
w(x,y))*bg(x,y) 27)＞＞8
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
60.其中，加上27再位移8个位元代表四舍五入运算。本技术领域具有通常知识者可以了解方程式(2)的实作细节，以及了解如何将方程式(1)应用于像素值不等于8位元的情况中，故不再赘述。
61.步骤s230：物件移动侦测电路120逐区块对输入影像及背景影像(可以是背景影像bg或更新后的背景影像bg')进行绝对偏差总和(sum of absolute difference，sad)运算，并产生一移动物件指示数据。此步骤是以区块为单位进行运算。请参阅图3，图3显示输入影像im及背景影像bg(或更新后的背景影像bg')的示意图。一个影像可以是一个画面
(picture)或一张图帧(frame)。在图3的例子中，一个影像包括64个像素((x,y)，0≤x≤7，0≤y≤7)及16个区块((m,n)，0≤m≤3，0≤n≤3)，一个区块包括4个像素。也就是说，物件移动侦测电路120根据方程式(3)(背景影像为背景影像bg)或方程式(4)(背景影像为更新后的背景影像bg')对每一区块进行sad运算，因此共产生16个sad值(sad(m,n)，0≤m≤3，0≤n≤3)。
[0062][0063][0064]
其中，bs_x代表一个区块在x轴上的像素个数，bs_y代表一个区块在y轴上的像素个数，也就是说，一个区块的大小为bs_x*bs_y。在图3的例子中，bs_x＝bs_y＝2。
[0065]
接着，物件移动侦测电路120根据影像中的所有sad值与第一阀值sad_thd产生移动物件指示数据moi。更明确地说，物件移动侦测电路120根据方程式(5)逐区块比对sad(m,n)及第一阀值sad_thd，来得到比较结果cr，所有区块的比较结果cr形成移动物件指示数据moi。
[0066][0067]
请参阅图4a，图4a显示移动物件指示数据moi的一个例子，其中区块(2,1)、(3,1)、(2,2)、(3,2)及(2,3)的比较结果cr为1，代表影像中的该区域可能有移动物件。
[0068]
步骤s240：物件移动侦测电路120根据移动物件指示数据moi及至少一阀值产生一物件移动信号sig_alm。举例来说，物件移动侦测电路120可以根据方程式(6)或方程式(7)来决定物件移动信号sig_alm的值。
[0069][0070][0071]
其中，n_moi是比较结果cr为1的区块个数(在图4a的例子中，n_moi＝5)，alm_thd1及alm_thd2为阀值。在此，使用者可以利用设定阀值alm_thd1的大小来代表比较结果是具有显著差异，这样才代表有移动物件发生，而可以避免只是噪声造成的伪阳性。进一步地，使用者可以利用设定阀值alm_thd2的大小来排除可能因为开关灯产生亮度大幅度变化而造成的错误信息，以避免误判。物件移动信号sig_alm为1代表物件移动侦测电路120侦测到输入影像im中有移动物件，且移动物件的特性(例如大小)符合使用者的设定条件。
[0072]
图5是步骤s210的一实施例的流程图，包括步骤s510～s590。权重决定电路112计算对应于一个目标像素位置的两个像素(一者为目标输入像素，另一者为目标背景像素)的像素值绝对偏差(步骤s580)，并且根据像素值绝对偏差及权重阀值w_thd来将该目标像素位置分类为a类(其权重w(x,y)为a类权重w_a)或b类(其权重w(x,y)为b类权重w_b)(步骤s590)。权重决定电路112根据其本身是否操作于权重调整模式(步骤s520)以及输入影像im是否更新(步骤s510)来决定是否调整a类权重w_a(步骤s530～s570)。请参阅图3，目标像素
位置是指一组(x,y)值(例如，图3中黑色标记的像素位置(4,1))，目标输入像素是输入影像im在该位置的像素(其像素值为im(x,y)，图3所示的例子为im(4,1))，而目标背景像素是背景影像bg在该位置的像素(其像素值为bg(x,y)，图3所示的例子为bg(4,1))。
[0073]
步骤s510～s590的细节如下。
[0074]
步骤s510：权重决定电路112判断输入影像im是否为新进的输入影像。详细来说，权重决定电路112通过判断当前输入的像素数据是否属于一新进的输入影像，进而判断当前输入的像素数据是否对应到输入影像im的第一个像素。在一些实施例中，权重决定电路112通过计数像素个数来得知是否已达前一个输入影像im的结尾和/或新的输入影像im的起始。如果步骤s510的结果为是(即，输入影像已更新)，权重决定电路112执行步骤s520；否则，权重决定电路112执行步骤s580。
[0075]
步骤s520：权重决定电路112判断背景影像更新电路110或其本身是否操作于权重调整模式。如果步骤s520的结果为是(即，在权重调整模式下)，权重决定电路112根据预设值w_a_dft以及是否收到重置信号w_rst来调整a类权重w_a(步骤s530～s570)；否则，权重决定电路112执行步骤s570。
[0076]
步骤s530：权重决定电路112判断是否收到重置信号w_rst。如果步骤s530的结果为是，权重决定电路112执行步骤s540；否则，权重决定电路112执行步骤s550。何时以及如何产生重置信号w_rst将在下方配合图10详述。
[0077]
步骤s540：权重决定电路112重置a类权重w_a为初始值w_a_ini，然后执行步骤s580。
[0078]
步骤s550：权重决定电路112调整a类权重。例如，权重决定电路112每次执行步骤s550时，将a类权重w_a减去一个步进值(step value)。
[0079]
步骤s560：权重决定电路112判断调整后的a类权重w_a是否小于预设值w_a_dft。预设值w_a_dft可以储存在储存电路130中。如果步骤s560的结果为是，则权重决定电路112执行步骤s570；否则，权重决定电路112执行步骤s580。
[0080]
步骤s570：权重决定电路112以预设值w_a_dft作为a类权重w_a。
[0081]
步骤s580：权重决定电路112计算目标输入像素与目标背景像素之间的像素值绝对偏差px_d(px_d＝abs(im(x,y)
‑
bg(x,y)))。
[0082]
步骤s590：权重决定电路112根据像素值绝对偏差px_d及权重阀值w_thd选择a类权重w_a或b类权重w_b作为对应于该目标像素位置的该权重w(x,y)。在一些实施例中，当像素值绝对偏差px_d大于权重阀值w_thd时，目标像素位置被归为a类，代表输入影像im及背景影像bg之间在目标像素位置的变化相对较大(可能是由移动物件造成)；当像素值绝对偏差px_d不大于权重阀值w_thd时，目标像素位置被归为b类，代表输入影像im及背景影像bg之间在目标像素位置的变化相对较小。
[0083]
在一些实施例中，预设值w_a_dft小于b类权重w_b。举例来说，预设值w_a_dft可以是0.25(或是64，当像素值以8位表示时)，而b类权重w_b可以是0.5(或是128，当像素值以8位元表示时)。
[0084]
在一些情况中，当侦测影像中物件移动的装置100启动后的第一张输入影像im(将成为第一张背景影像bg)包括移动物件时，该第一张输入影像im在背景中的权重应该设为较低(即，新进的输入影像im的权重应该设为较高)，以避免移动物件一直留存在背景中(可
能会造成侦测影像中物件移动的装置100误判)。权重调整模式(即步骤s530～s570)的目的便是在处理上述的情况。步骤s540的初始值w_a_ini大于步骤s560及s570的预设值w_a_dft。举例来说，初始值w_a_ini可以是128，而预设值w_a_dft可以是32；在此情况下，在侦测影像中物件移动的装置100启动或权重决定电路112收到重置信号w_rst之后，权重决定电路112指定给a类像素位置的权重(即，a类权重w_a)最初会等于128(即初始值w_a_ini)，然后渐渐变小，直到等于32(即预设值w_a_dft)。在另一实施例中，在权重调整模式开启的情况下，对于装置100启动后的第一张输入影像im或收到重置信号w_rst后的第一张输入影像im，a类权重w_a可以设定为初始值w_a_ini，之后每当更新一张输入影像im(即新进一张输入影像im)，是以当前a类权重w_a扣除一固定数值(例如16)做为调整后的a类权重w_a，经过特定次数(例如6次)的调整后，a类权重w_a即维持固定不变。前面实施例中是以a类权重w_a逐渐变小来说明权重调整模式的操作，实施上亦可以逐渐增大b类权重w_b来达成相近的效果。整体而言，在侦测影像中物件移动的装置100启动或权重决定电路112收到重置信号w_rst之后，在权重调整模式开启的情况下，会具有一段时间由权重决定电路112调整a类权重w_a或b类权重w_b。
[0085]
图6为物件移动侦测电路120的一实施例的功能方块图。物件移动侦测电路120包括计算电路610、比较电路620以及判断电路630。图7显示步骤s230的子步骤s710及s720，以及显示步骤s240的子步骤s730。
[0086]
步骤s710：计算电路610逐区块计算输入影像im与背景影像之间的绝对偏差总和sad(m,n)。请参考方程式(3)或(4)以及步骤s230的说明。
[0087]
步骤s720：比较电路620根据绝对偏差总和与第一阀值sad_thd产生移动物件指示数据moi。请参考方程式(5)、图4a以及相关的说明。
[0088]
步骤s730：判断电路630处理该移动物件指示数据以产生一统计值，并基于该统计值与第二阀值alm_thd1和/或第三阀值alm_thd2的比较结果产生物件移动信号sig_alm。更明确地说，判断电路630统计移动物件指示数据moi中比较结果cr为1的区块个数。以图4a为例，判断电路630得到统计值为5。接着，判断电路630将统计值与第二阀值alm_thd1做比较，或是将统计值与第二阀值alm_thd1及第三阀值alm_thd2做比较，细节请参考方程式(6)或(7)以及步骤s240的说明。
[0089]
图8为物件移动侦测电路120的另一实施例的功能方块图。物件移动侦测电路120包括计算电路610、比较电路620、判断电路630、运算电路810、区域选取电路820以及灯光切换侦测电路830。图9显示步骤s240的子步骤s910～s930。
[0090]
步骤s910：运算电路810对移动物件指示数据moi进行形态学开启运算(morphology opening operation)。形态学开启运算除了可以使移动物件指示数据moi的边缘部分变得较为平滑之外，也可以去除移动物件指示数据moi中较小的移动物件和/或使移动物件与移动物件之间的边界更为明确。
[0091]
步骤s920：区域选取电路820基于一感兴趣的区域(region of interest，roi)选取移动物件指示数据moi的一部分。更明确地说，区域选取电路820使用一屏蔽来与移动物件指示数据moi做交集，来取得移动物件指示数据moi的一部分。举例来说，请参阅图4b，图4b显示屏蔽的一实施例的示意图。如图4b所示，感兴趣的区域以1表示(即，区块(1,1)、区块(2,1)、区块(1,2)及区块(2,2)的值为1，其他区块的值为0)；换言之，感兴趣的区域为影像
的中间部分。如图4a及4b所示，区域选取电路820是以区块为单位对移动物件指示数据moi进行处理。
[0092]
步骤s930：判断电路630处理移动物件指示数据的该部分以产生一统计值，并基于该统计值与第二阀值alm_thd1和/或第三阀值alm_thd2的比较结果产生物件移动信号sig_alm。此步骤与步骤s730类似，差别在于判断电路630在步骤s930中只处理移动物件指示数据moi中对应于感兴趣的区域的部分。
[0093]
灯光切换侦测电路830将配合图10做说明。图10为本技术侦测影像的灯光切换的一实施例的流程图，包括以下步骤。
[0094]
步骤s1010：灯光切换侦测电路830基于所述多个绝对偏差总和(即，sad(m,n))计算当前的灯光切换指示值lsd(lsd(q))，如方程式(8)所示。
[0095][0096]
其中，bn_x为x轴上的区块个数，bn_y为y轴上的区块个数。对图4a的例子而言，bn_x＝bn_y＝4。在一些实施例中，k＝1代表区块(0,0)、k＝2代表区块(1,0)、k＝3代表区块(2,0)、k＝4代表区块(3,0)、k＝5代表区块(0,1)，以此类推。
[0097]
步骤s1020：在产生lsd(q)之后，灯光切换侦测电路830将lsd(q)储存至储存电路130。
[0098]
步骤s1030：灯光切换侦测电路830比较当前的灯光切换指示值(lsd(q))与前次的灯光切换指示值(lsd(q
‑
1)，储存在储存电路130中)来产生灯光切换指示信号l_ind。更明确地说，灯光切换侦测电路830根据方程式(9)来决定灯光切换指示信号l_ind，其中lsd_thd为阀值。
[0099][0100]
由方程式(8)可知，灯光切换指示值lsd代表一个影像的全局(即，整个影像)sad。当影像中的灯光突然发生明显的变化时(例如，受监控区域的灯光开启/关闭)，lsd(q)与lsd(q
‑
1)之间会有较大的差异。换言之，灯光切换指示信号l_ind的其中一种用途是指示灯光的开启/关闭。
[0101]
请参阅图8，判断电路630还可以依据灯光切换指示信号l_ind来决定是否发出物件移动信号sig_alm。在一些实施例中，当灯光切换指示信号l_ind为1时，判断电路630不发出物件移动信号sig_alm或是使物件移动信号sig_alm等于0，以避免将灯光切换误认为有移动物件。
[0102]
在一些实施例中，灯光切换指示信号l_ind可以作为或是用以产生前述的重置信号w_rst。也就是说，当灯光切换时，权重决定电路112重置a类权重w_a(步骤s540)。
[0103]
在一些实施例中，灯光切换指示信号l_ind亦可用以重设背景影像bg。详细来说，当灯光切换时，装置100基于灯光切换侦测电路830所产生的灯光切换指示信号l_ind删除储存电路130中的背景影像bg(即，删除历史背景影像)，并可重置系统中对应输入影像im的计数值，以使装置100以目前的输入影像im作为第一张背景影像bg(即，类似于重新启动)。删除历史背景影像可以避免装置100因为灯光切换而造成误判。
[0104]
在一些实施例中，前述的方程式(8)可以修饰为方程式(10)，以减小数据量(降低
储存电路130的用量)，其中sad'(k)＝sad(k)/(bs_x*bs_y)。
[0105][0106]
本技术领域具有通常知识者可以根据以上的揭露内容来设计判断电路630、运算电路810及灯光切换侦测电路830，也就是说，判断电路630、运算电路810及灯光切换侦测电路830可以是特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，asic)或是由可程序化逻辑设备(programmable logic device，pld)等电路或硬件实作。
[0107]
本技术的侦测影像中物件移动的装置与方法对影像做逐像素的运算来更新背景影像，以及对影像做逐区块的运算来判断是否有移动物件。相较于传统技术，本技术较不会造成误判。此外，随着时间调整权重可以使实作本技术的安防监控系统有更高的可靠度。
[0108]
需要说明的是，本技术实施例中，“多个”指代“两个”或“两个以上”。
[0109]
在一些实施例中，前揭的流程图中所提及的步骤可依实际操作调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。
[0110]
以上对本技术实施例所提供的侦测影像中物件移动的装置与方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。