【摘要】：隧道內(nèi)交通目標的準確提取,是隧道異常事件檢測的關鍵。而在隧道場景中監(jiān)控設備存在抖動,使得提取的車輛目標畸形、行人目標與背景連通,嚴重干擾了交通目標的有效提取。同時隧道圖像存在畫質(zhì)模糊、車輛燈光等干擾也加大了隧道抖動視頻穩(wěn)像的難度,導致傳統(tǒng)的穩(wěn)像方法效果一般、針對性不強。因此,研究針對隧道環(huán)境特性的抖動視頻穩(wěn)像方法,對提高隧道內(nèi)車輛、行人等交通目標的檢測精度,具有重要的理論和實際意義。本文通過分析常見抖動矢量估計方法的優(yōu)劣,綜合考慮各類方法的實時性與穩(wěn)像精度,選取實時性較高的灰度投影法與精度較高的特征點匹配法作為本文的基本穩(wěn)像方法。在此基礎上,分別對隧道圖像中存在的畫質(zhì)模糊、車輛燈光等干擾抑制展開了重點研究,同時,為了進一步提高改進穩(wěn)像方法的精度和實時性,又分別在灰度投影窗口、特征點距離、匹配對選取策略等方面進行了改善,最終形成了兩種適于隧道環(huán)境特性的視頻穩(wěn)像方法。在基于灰度投影的穩(wěn)像方法方面,針對畫質(zhì)模糊、車輛燈光干擾等問題,提出了一種結合局部相位特征(Local Phase Quantization,LPQ)加權和多尺度高斯估計的改進灰度投影穩(wěn)像方法。該方法首先通過模糊魯棒的LPQ量化編碼值加權以增大模糊圖像行列間的投影差,其次采用多尺度高斯估計的方法逼近并消除隧道圖像的亮度分量,從而減小光照干擾下參考幀與背景幀投影曲線上的局部差異,最后基于多子區(qū)域窗口和樣本統(tǒng)計的方法降低了局部運動目標對灰度投影穩(wěn)像精度的影響。實驗結果表明,該方法能有效克服畫質(zhì)模糊、車輛燈光等干擾,在保證較高實時性的同時可得到平滑、流暢、穩(wěn)定的視頻流。在基于特征點匹配的穩(wěn)像方法方面,考慮到傳統(tǒng)魯棒特征實時性差,本文選擇實時性較強的二進制描述子FREAK(Fast Retina Keypoint)作為基本特征。針對該特征在畫質(zhì)模糊、車輛燈光等干擾下誤匹配率高的問題,提出了一種融合模糊魯棒和光照魯棒重組Hu不變矩的改進二進制特征點匹配穩(wěn)像方法。首先,該方法在FREAK特征四級匹配的基礎上計算匹配對鄰域內(nèi)重組Hu不變矩的距離,并剔除相似度較低的誤匹配對,其次,考慮到鄰域內(nèi)特征點存在高聚集性和低分辨性,采取距離約束的方式限制特征點數(shù)量以降低計算量,最后基于順序抽樣一致性算法(Progressive Sample Consensus,PROSAC)和Hamming距離比的方式進一步提高了抖動矢量估計的準確性。實驗結果表明,該方法能有效克服畫質(zhì)模糊、車輛燈光等干擾,在保證一定時效性的同時可獲得較高的穩(wěn)像精度。最后,綜合上述研究結果,形成了兩種適于隧道環(huán)境特性的視頻穩(wěn)像方法,并利用實地采集的隧道抖動視頻數(shù)據(jù)進行了對比實驗驗證。與傳統(tǒng)方法相比,在隧道環(huán)境下,本文提出的方法均具有更高的幀間變換保真度,穩(wěn)像效果更好。同時,本文還比較了兩種改進的穩(wěn)像方法,結果表明基于灰度投影的改進方法在穩(wěn)像實時性上更快,而后者在穩(wěn)像精度上更優(yōu)。在實際應用方面,兩種穩(wěn)像方法均可有效對提高隧道環(huán)境內(nèi)目標檢測的檢出率、并降低誤檢率。
【圖文】：

(c1) 背景差分幀 1 (c2) 背景差分幀 2 (c3) 背景差分幀 3圖 2.1 隧道環(huán)境下抖動視頻流分析Fig. 2.1 Analysis of jitter video streaming in tunnel environment由于抖動視頻流的干擾，隧道場景中的背景物體如車道線、墻體以及路邊緣線均相對于背景幀發(fā)生了抖動偏移，當執(zhí)行背景差分操作時，這些原本屬于背景的物體目標同實際運動車輛、行走行人共同構成前景區(qū)域，嚴重影響了前景目標的提取，若采用分割方法也難以將前景目標完全分割，不僅降低了檢測效率也降低了目標提取正確率。通過實驗發(fā)現(xiàn)，抖動的隧道視頻流主要造成以下三類問題：行人目標連通、出現(xiàn)偽車輛目標、車輛目標畸形擴展。圖 2.1 中，從上到下分別展示了隧道抖動視頻中的三個背景幀、當前幀以及背景差分幀。如圖 2.1(b1)和 2.1(c1)，當隧道視頻流不穩(wěn)定時，隧道停車帶兩側路邊緣線均在背景差分幀中凸顯，同時，當前幀中的弱小行人目標與凸顯的前景相連，造成弱小行人目標前景區(qū)域擴大，難以再用經(jīng)驗的特征閾值方法實現(xiàn)準確檢測，從而造成行人目標漏檢；由于隧道監(jiān)控攝像頭安裝高度相對較低，大車經(jīng)過時將占據(jù)

2 隧道環(huán)境下視頻穩(wěn)像方法關鍵問題及研究思路圖 2.2(b1)與 2.2(b2)為燈光干擾前后相隔 8 幀的兩幀圖像。隧道異常事件檢測系統(tǒng)是日常實時檢測系統(tǒng)，為了保證檢測實時性，需要對視頻流抽幀，對于 25 幀/s 的視頻流，1 秒僅抽取 2 至 3 幀進行處理，故這里抽取相隔 8 幀的圖像進行分析。燈光干擾前幀中僅僅存在車輛目標，而燈光干擾后幀中不僅僅存在嚴重的車輛閃爍燈光干擾，還存在車輛目標的局部運動，這種情況下既需要削弱燈光對隧道視頻穩(wěn)像的干擾，也需要考慮局部運動對抖動估計矢量的影響。依托于隧道異常事件檢測系統(tǒng)，隧道環(huán)境視頻穩(wěn)像方法需要具有高實時性與長時準確穩(wěn)像的能力。對于第一點，由于穩(wěn)像后的視頻幀需要進行后續(xù)的實時處理與分析，理論上每幀穩(wěn)像時間需保證在 130ms 以內(nèi)；對于第二點，隧道視頻流屬于實時長時視頻流，，不準確的抖動矢量估計可能會影響后續(xù)所有幀的穩(wěn)像精度，因此需要一種幀間獨立性高的穩(wěn)像策略。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41

【參考文獻】

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本文編號：2648768