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1、LANZZHOUUUNIIVERRSITTY OF TEECHNNOLOOGY毕业论文文题 目 基基于背景景差分法法的机动动目标检检测 学生生姓名 梅金涛涛 学 号 09925001244 专业班级级 通信信工程（11）班 指导教师师 李李立 学 院 计算算机与通通信学院院 答辩日期期 20013年年6月117日基于背景景差分法法的机动动目标检检测Maneeuveerinng ttargget dettecttionn baasedd onn baackggrouund diffferrencce mmethhod论文作者者：梅金金涛拼 音：Meii Jiintaao学 号：092250112
2、4兰州理工大学毕业论文摘 要要在道路交交通管理理中，采采用摄像像头拍摄摄的道路路视频，再再用计算算机软件件处理的的方法，则则可以极极大的增增加方便便性和灵灵活性。本文运运动目标标检测研研究如何何让计算算机从视视频图像像序列中中获得物物体运动动数据。运动目标标检测分分为视频频读取、灰度处处理、视视频图像像化、运运动位置置提取这这几个步步骤。论论文的提提取背景景是通过过算数平平均法实实现的。与此同同时，在在运动点点团位置置提取步步骤中，采采用了背背景减法法直接将将目标提提取出来来。本文还通通过实验验分析比比较了图图像预处处理给实实验带来来的正面面效果。实验结结果再次次证明了了平均法法和差分分法在图
3、图像处理理领域的的方便性性和灵活活性。关键词：读取视视频;视视频图像像化;背背景提取取;目标标提取。AbsttracctRoadd trrafffic mannageemennt ssysttem oftten usees ccameera to cappturre tthe roaadwaay wwithh coompuuterr sooftwwaree prroceessiing metthodd inn orrderr too inncreeasee prroceessiing connvenniennce andd fllexiibillityy. TThe toppic of thi
4、is ppapeer iis tthe dettecttionn off moovinng ttargget, annd tthiss allso meaans howw too geet tthe whoole tarrgett frrom thee immagee seequeencee.Moovinng ttargget dettecttionn iss diividded intto sseveerall sttepss，suuch as viddeo reaad, graaysccalee prroceessiing, viideoo viisuaalizzatiion, sppor
5、tts llocaatioon eextrracttingg. IIn tthiss paaperr, bbackkgrooundd iss exxtraacteed bby aaritthmeeticc meean metthodd. At thee saame timme, thee paaperr inn thhe mmoviing poiint possitiion exttracctioon sstepp, uusedd thhe bbackkgrooundd suubtrracttionn too piick up thee taargeet ddireectlly. Thiss
6、arrticcle alsso aanallysiis tthe imaage preeproocesssinng eexpeerimmentt too brringg thhe pposiitivve eeffeect by expperiimennt. Thee exxperrimeentaal rresuultss prrovee thhat thee avveraage metthodd annd ddifffereencee meethood aagaiin iin cconvveniiencce aand fleexibbiliity in thee fiieldd off imm
7、agee prroceessiing. Keywwordds: Viddeo Reaadinng、GGrapphiccal Viddeo、Bacckgrrounnd EExtrracttionn、Taargeet EExtrracttionn.目录第一章绪绪论11.1 视频图图像差分分信息的的提取的的发展与与意义111.2 国内外外研究现现状11.3论论文组织织结构22第二章基基本原理理和相关关理论332.1数数字图像像处理332.1.1 数数字图像像处理常常用方法法32.1.2 数数字图像像处理技技术的应应用42.2图图像的预预处理552.2.1 基基础知识识52.2.2图像像增强技技术52
8、.2.3 图图像复原原技术662.2.4 图图像去噪噪质量评评价标准准62.3图图像灰度度化72.3.1 基基本介绍绍72.3.2 基基本方法法72.4 MATTLABB软件介介绍82.4.1 MMATLLAB的的应用992.4.2 MMATLLAB工工具箱992.5 运动目目标检测测算法研研究1002.5.1手手动背景景法1112.5.2统统计中值值法1112.5.3算算术平均均法1112.5.4 SSureendrra算法法122.5.5其其他算法法132.6运动目目标检测测算法研研究1332.6.1 光光流法1132.6.2 背背景减法法13第三章背背景提取取143.1 彩色图图像的背背
9、景提取取143.1.1 基基于均值值的彩色色图像背背景1443.1.2 改改进的基基于均值值的彩色色图像背背景提取取153.1.3 基基于中值值滤波的的彩色背背景图像像提取1163.1.4 基基于共同同区域的的彩色图图像背景景提取1173.1.5 灰灰度图像像的背景景提取118第四章实实验仿真真结果分分析1994.1 视频图图像的读读取格式式194.2帧帧图像的的读取1194.2.1单帧帧读取图图像1994.2.2 多多帧图像像的读取取204.4目目标背景景和前景景提取2214.4.1 背背景提取取的步骤骤214.4.2 图图像差分分214.4.3 图图像二值值化233第五章总总结255参考文
10、献献26附录277附录一：27附录二：30致谢422V第一章 绪论1.1 视频图图像差分分信息的的提取的的发展与与意义视频图像像差分信信息的提提取作为为计算机机视觉研研究的核核心课题题之一，是是一门正正兴起的的技术。它融入入了人工工智能、图像处处理、模模式识别别、计算算机、以以及自动动控制等等许多领领域的先先进技术术。若用用在视频频跟踪系系统上，具具有隐蔽蔽性、直直观性、抗电子子干扰性性、性价价比高等等突出优优点。因因为可从从视频监监视器上上直接看看到目标标图像，因因而能方方便、直直观地辨辨别出目目标。此此外在近近距离跟跟踪方而而，视频频的跟踪踪系统具具有较高高的可靠靠性、精精确性和和稳定性性
11、。因提提取的结结果中包包含了场场景中各各个运动动目标的的大量时时空信息息，视频频图像差差分信息息提取技技术从二二十世纪纪六十年年代以来来，取得得了极大大的发展展，在医医疗诊断断、战场场警戒、气像分分析、军军事视觉觉制导、安全监监测、参参数现实实、交通通管制、机器人人视觉导导航、虚虚拟现实实和视频频压缩等等许多方方面都有有广泛应应用。比比如在军军事方面面，主要要应用于于电视跟跟踪和红红外跟踪踪。早期期的电视视和红外外跟踪器器都采用用的是单单一工作作模式，必必须全部部用硬件件实现。现在的的跟踪以以微机为为基础，采采用图像像处理与与模式识识别技术术，利用用程序控控制实现现多种功功能。多多模跟踪踪器已
12、经经用于电电视和红红外成像像系统，如如美国的的坦克破破坏者和和海尔法法等导弹弹的制导导系统。近年来来，人工工智能被被应用到到视频跟跟踪中，非非常有效效的提高高了系统统自适应应昀能力力。在这这些防空空反导的的系统中中，视频频的跟踪踪系统都都起到了了不能替替代的作作用。在在民用方方而，比比如视觉觉监控，通通过摄像像机监视视动态场场景，已已广泛地地应用于于社会生生活的各各方面，视视频跟踪踪能够应应用在社社区和重重要设施施的保安安监控中中，用作作智能交交通系统统中对车车辆的实实时检测测与追踪踪。经过过实时监监测和跟跟踪，可可得到车车流量、车流密密度、车车型、车车速等许许多有用用的交通通流参数数，并且且
13、还可以以检测事事故或者者故障等等突发的的状况。此外，在在港口管管理、远远距离测测量、天天文观测测、医学学图像分分析、电电视会议议等很多多领域视视频跟踪踪技术也也大有作作为。近近年，国国内外的的设计用用在支持持视频跟跟踪图像像处理的的软硬件件系统，通通过系统统的接口口简化和和编码推推进了完完全可编编程的基基于图像像高帧频频跟踪器器的迅速速的发展展，且国国外已经经达到了了实用化化水平，在在国内也也采用高高速数字字的处理理技术和和目标跟跟踪测量量技术，得得到了母母弹解爆爆后所产产生的数数个目标标的高帧帧频摄像像，实时时的处理理和实时时的跟踪踪显示。1.2 国内外外研究现现状长期以来来，我国国各大城城
14、市的交交管部门门对交通通信息的的采集仍仍停留在在使用传传感线圈圈、固定定的摄像像装置等等路基采采集设备备阶段，存存在监视视范围狭狭小、灵灵活性低低、无法法应付突突发事件件、缺乏乏对宏观观信息的的掌控等等困难，严严重影响响对交通通的有效效疏导。如果为为了获取取全面的的交通信信息而在在所有潜潜在交通通拥堵地地点和奥奥运等重重大活动动周边都都安装固固定监视视设备，不不但成本本昂贵，而而且由于于大型活活动具有有短期性性，将造造成资源源的巨大大浪费。随着近年年来全国国各大城城市交通通拥挤程程度的加加剧，如如何克服服传统路路基交通通监视设设备监视视范围狭狭小、灵灵活性低低等固有有缺点，对对宽广范范围内的的
15、路面交交通状况况进行覆覆盖监视视，快速速到达突突发事故故地点，实实时获取取事故现现场信息息，及时时采取有有效措施施疏散车车辆，实实现对特特定交通通对象的的跟踪定定位，都都是交管管部门十十分关心心的问题题，也是是各国科科学家亟亟待解决决的难题题。欧美一些些发达国国家在220世纪纪90年年代就已已经开始始探索一一种可以以代替或或增强路路面交通通态势监监视手段段的新技技术道路交交通态势势空中监监测技术术。该技技术的理理念是利利用空基基平台特特有的不不受路面面交通状状况制约约、可快快速到达达指定地地点的特特点，对对重大活活动、灾灾害事件件、突发发交通事事件进行行监视并并提供各各种应急急信息服服务，从从
16、而为全全面、快快速、准准确的获获取与处处理交通通态势奠奠定基础础。1.3论论文组织织结构第一章是是绪论。主要讲视视频图像像差分信信息的提提取的发发展与意意义、国国内外研研究现状状以及论论文的组组织结构构。第二章是是基本原原理和相相关理论论。主要讲数数字图像像处理技技术中的的目标提提取基本本原理，其其中包括括：图像像预处理理的概念念、图像像的预处处理、图图像灰度度化。同同时介绍绍了MAATLAAB和图图像处理理的关系系1、MAATLAAB的命命令和工工具箱2。第三章是是背景提提取和目目标提取取。主要介绍绍视频读读取过程程，然后后读取帧帧图像。同时本本文给出出了背景景提取的的具体办办法：算算术平均
17、均法，以以及目标标提取的的具体过过程。由由于视频频资源问问题，将将背景图图像经过过预处理理。本文文还采用用了二值值化图像像处理方方法对图图片进行行了处理理和提取取。第四章是是本文结结论和总总结部分分。总结了论论文的仿仿真结果果跟论文文的具体体实现过过程。第二章 基本原原理和相相关理论论2.1数数字图像像处理数字图像像处理是是指将图图像信号号转换成成数字信信号并利利用计算算机对其其进行处处理的过过程。图图像处理理最早出出现于 20 世纪 50 年代，当当时的电电子计算算机已经经发展到到一定水水平，人人们开始始利用计计算机来来处理图图形和图图像信息息。数字字图像处处理作为为一门学学科大约约形成于于
18、 200 世纪纪 600 年代代初期。早期的的图像处处理的目目的是改改善图像像的质量量，它以以人为对对象，以以改善人人的视觉觉效果为为目的。图像处处理中，输输入的是是质量低低的图像像，输出出的是改改善质量量后的图图像，常常用的图图像处理理方法有有图像增增强、复复原、编编码、压压缩等6。 2.1.1 数数字图像像处理常常用方法法1 ）图图像变换换：由于于图像阵阵列很大大，直接接在空间间域中进进行处理理，涉及及计算量量很大。因此，往往往采用用各种图图像变换换的方法法，如傅傅立叶变变换、沃沃尔什变变换、离离散余弦弦变换等等间接处处理技术术，将空空间域的的处理转转换为变变换域处处理，不不仅可减减少计算
19、算量，而而且可获获得更有有效的处处理（如如傅立叶叶变换可可在频域域中进行行数字滤滤波处理理）。目目前新兴兴研究的的小波变变换在时时域和频频域中都都具有良良好的局局部化特特性，它它在图像像处理中中也有着着广泛而而有效的的应用。 2 ）图图像编码码压缩：图像编编码压缩缩技术可可减少描描述图像像的数据据量（即即比特数数），以以便节省省图像传传输、处处理时间间和减少少所占用用的存储储器容量量。压缩缩可以在在不失真真的前提提下获得得，也可可以在允允许的失失真条件件下进行行。编码码是压缩缩技术中中最重要要的方法法，它在在图像处处理技术术中是发发展最早早且比较较成熟的的技术。 3 ）图图像增强强和复原原：图
20、像像增强和和复原的的目的是是为了提提高图像像的质量量，如去去除噪声声，提高高图像的的清晰度度等。图图像增强强不考虑虑图像降降质的原原因，突突出图像像中所感感兴趣的的部分。如强化化图像高高频分量量，可使使图像中中物体轮轮廓清晰晰，细节节明显；如强化化低频分分量可减减少图像像中噪声声影响。图像复复原要求求对图像像降质的的原因有有一定的的了解，一一般讲应应根据降降质过程程建立“降降质模型型”，再再采用某某种滤波波方法，恢恢复或重重建原来来的图像像。 4 ）图图像分割割：图像像分割是是数字图图像处理理中的关关键技术术之一。图像分分割是将将图像中中有意义义的特征征部分提提取出来来，其有有意义的的特征有有
21、图像中中的边缘缘、区域域等，这这是进一一步进行行图像识识别、分分析和理理解的基基础。虽虽然目前前已研究究出不少少边缘提提取、区区域分割割的方法法，但还还没有一一种普遍遍适用于于各种图图像的有有效方法法。因此此，对图图像分割割的研究究还在不不断深入入之中，是是目前图图像处理理中研究究的热点点之一。5 ）图图像描述述：图像像描述是是图像识识别和理理解的必必要前提提。作为为最简单单的二值值图像可可采用其其几何特特性描述述物体的的特性，一一般图像像的描述述方法采采用二维维形状描描述，它它有边界界描述和和区域描描述两类类方法。对于特特殊的纹纹理图像像可采用用二维纹纹理特征征描述。随着图图像处理理研究的的
22、深入发发展，已已经开始始进行三三维物体体描述的的研究，提提出了体体积描述述、表面面描述、广义圆圆柱体描描述等方方法。 6 ）图图像分类类（识别别）：图图像分类类（识别别）属于于模式识识别的范范畴，其其主要内内容是图图像经过过某些预预处理（增增强、复复原、压压缩）后后，进行行图像分分割和特特征提取取，从而而进行判判决分类类。图像像分类常常采用经经典的模模式识别别方法，有有统计模模式分类类和句法法（结构构）模式式分类，近近年来新新发展起起来的模模糊模式式识别和和人工神神经网络络模式分分类在图图像识别别中也越越来越受受到重视视18。2.1.2 数数字图像像处理技技术的应应用随着计算算机技术术的发展展
23、，图像像处理技技术已经经深入到到我们生生活中的的方方面面面，其其中，在在娱乐休休闲上的的应用已已经深入入人心。图像处处理技术术在娱乐乐中的应应用主要要包括：电影特特效制作作、电脑脑电子游游戏、数数码相机机、视频频播放、数字电电视等 。电影特效效制作：自从 20 世纪 60 年代以以来，随随着电影影中逐渐渐运用了了计算机机技术，一一个全新新的电影影世界展展现在人人们面前前，这也也是一次次电影的的革命。越来越越多的计计算机制制作的图图像被运运用到了了电影作作品的制制作中。其视觉觉效果的的魅力有有时已经经大大超超过了电电影故事事的本身身。如今今，我们们已经很很难发现现在一部部电影中中没有任任何的计计
24、算机数数码元素素。 电脑电子子游戏：电脑电电子游戏戏的画面面，是近近年来电电子游戏戏发展最最快的部部分之一一。从 19996 年年到现在在，游戏戏画面的的进步简简直可以以用突飞飞猛进来来形容，随随着图像像处理技技术的发发展，众众多在几几年前无无法想象象的画面面在今天天已经成成为了平平平常常常的东西西。 数码相机机：所谓谓数码相相机，是是一种能能够进行行拍摄，并并通过内内部处理理把拍摄摄到的景景物转换换成以数数字格式式存放图图像的特特殊照相相机。与与普通相相机不同同，数码码相机并并不使用用胶片，而而是使用用固定的的或者是是可拆卸卸的半导导体存储储器来保保存获取取的图像像。数码码相机可可以直接接连
25、接到到计算机机、电视视机或者者打印机机上。在在一定条条件下，数数码相机机还可以以直接接接到移动动式电话话机或者者手持 PC 机上。由于图图像是内内部处理理的，所所以使用用者可以以马上检检查图像像是否正正确，而而且可以以立刻打打印出来来或是通通过电子子邮件传传送出去去。 视频播放放与数字字电视：家庭影影院中的的VCDD ， DVDD播放器器和数字字电视中中，大量量使用了了视频编编码解码码等图像像处理技技术，而而视频编编码解码码等图像像处理技技术的发发展，也也推动了了视频播播放与数数字电视视象高清清晰，高高画质发发展20。2.2图图像的预预处理图像预处处理技术术就是在在对图像像进行正正式处理理前所
26、做做的一系系列操作作，因为为图像在在传输过过程和存存储过程程中难免免会受到到某种程程度的破破坏和各各种各样样的噪声声的污染染，导致致图片丧丧失了本本质或者者偏离了了人们的的需求，而而这就需需要一系系列的预预处理操操作来消消除图像像受到的的影响。2.2.1 基基础知识识一般情况况下，人人们对获获得的图图像（原原始图像像）进行行预处理理无非是是从两个个方面：图像增增强和图图像复原原。如果果人们在在图像处处理过程程中并不不考虑图图像的降降质等相相关原因因，只是是单独的的将人们们感兴趣趣的图像像特征有有选择的的突出出出来，并并衰减其其他不需需要或者者次要的的特征，这这类图像像预处理理方法所所得到的的图
27、像并并不需要要和原来来的图像像接近，只只是让人人们更容容易观察察到自己己感兴趣趣的地方方，所以以称这类类预处理理方法为为图像增增强技术术3。而图图像复原原技术需需要知道道图像的的降质缘缘由，根根据图像像降质的的现眼知知识，恢恢复并重重构原来来的图像像。所以以图像增增强和图图像复原原的目的的是不一一样的，图图像增强强的目的的是为了了改善图图像视觉觉效果，便便于观察察和分析析人们所所感兴趣趣的东西西，而把把那些不不重要的的地方给给清除出出去，不不仅如此此，图像像增强还还便于人人工或者者机器对对图像的的进一步步处理。而图像像复原不不仅仅是是对图像像进行预预处理还还要恢复复至原来来的面貌貌，它需需要建
28、立立模型依依此为依依据进行行复原。2.2.2图像像增强技技术一般来说说图像增增强技术术主要有有两种方方法：空空间域和和频率域域法。空空间域法法则主要要是直接接在空间间域内对对图像进进行运算算处理，分分为两个个方面：点运算算和邻域域运算（局局部运算算）。其其中点运运算包括括图像灰灰度变换换、直方方图修正正、局部部统计法法等几种种方法，邻邻域运算算包括图图像平滑滑和图像像锐化等等几个方方面。频频率域法法则只在在图像的的某种变变换域里里对图像像的变换换值进行行运算，比比如我们们对图像像进行傅傅立叶变变换，然然后在变变换域里里对图像像的频谱谱进行某某种计算算，最后后把计算算后的图图像逆变变换到空空间域
29、。频率域域法通常常分为高高、低通通滤波、频率带带通和带带阻滤波波、同态态滤波等等等。当当然以上上分类是是从图像像预处理理的方法法上来分分的，如如果从处处理目的的方面来来说图像像增强可可以分为为灰度调调整、平平滑减噪噪、图像像锐化等等，从处处理策略略分类上上可以分分为全局局处理和和局部处处理两大大方面，从从处理对对象上来来分可以以分为灰灰度图像像处理和和伪彩色色图像处处理。所所以图像像预处理理中的图图像增强强技术分分类极其其复杂，这这里只阐阐述下图图像灰度度化及灰灰度变换换、图像像平滑减减噪及其其中滤波波方法之之一的均均值滤波波等常用用的预处处理方法法10。2.2.3 图图像复原原技术图像复原原
30、技术就就是利用用图像的的先验知知识来改改变一副副被退化化的图像像的过程程，图像像复原技技术需要要我们先先建立图图像模型型，然后后逆向反反解这个个退化过过程，最最后获得得退化前前的最优优图像。图像退退化模型型可以当当成是一一个线性性模糊和和一个高高斯噪声声的合体体。因此此，图像像复原能能够通过过设计复复原滤波波器即逆逆向滤波波来实现现。在进进行图像像复原时时，有许许多选择择。首先先可以用用连续数数学，也也可以用用离散数数学来处处理。其其次，进进行图像像处理时时既可以以在空域域里还可可以在频频率域里里。此外外，当复复原采用用数字方方法是，处处理时既既可以通通过空域域的卷积积运算，也也可以通通过频域
31、域的相乘乘运算进进行。2.2.4 图图像去噪噪质量评评价标准准图像质量量评估也也是图像像处理领领域的研研究方向向之一，当当我们进进行图像像增强时时，把一一幅含有有噪声的的图像处处理之后后图像的的质量是是否会有有所提高高，这需需要一个个标准来来衡量图图像增强强的好坏坏，因此此，引入入图像的的去噪评评价标准准对图像像去噪前前后的质质量进行行评比，做做出比较较标准的的判断。现在比比较常用用的图像像去噪的的评估标标准有两两类：客客观准则则和主观观准则。客观评价价标准是是用去噪噪后的图图像与原原始图像像的偏离离程度来来衡量图图像去噪噪处理的的质量。常用的的一个方方法是均均方误差差估计，它它通过计计算输入
32、入图像与与输出图图像的均均方值(MSEE)来评评价图像像处理质质量。以上简单单介绍了了两种常常用的客客观评价价标准。也可采采用主观观评测准准则，即即主观比比较去噪噪图像与与原图像像两者之之间的差差别。所所以主观观评价带带有主观观性，因因人而异异，主要要从以下下两方面面进行评评价：观察图图像去噪噪后的平平滑效果果。通过过观察图图片复原原前后平平坦区域域和缓变变区域的的平滑程程度。因因为人眼眼对于平平坦区、缓变区区的噪声声的敏感感度相对对其它区区域会更更高，而而且目前前常见的的平滑去去噪的过过程也大大多在这这些区域域进行。观测图图像的结结构的边边缘保护护情况。因为在在平滑去去噪的过过程中，为为了消
33、除除噪声，会会将图像像边缘的的部份结结构模糊糊掉，这这会对图图像边缘缘和细节节信息造造成一定定的破坏坏。目前前大部份份滤波方方法都会会产生边边缘模糊糊、边缘缘移动、边缘失失真及细细节丢弃弃的后果果。因此此可以通通过观察察图像的的边缘和和平坦的的区域是是否受到到损坏以以判断滤滤波器对对图像的的保护效效果2。2.3图图像灰度度化将彩色的的图像转转化灰度度图像的的过程叫叫做图像像灰度化化，由于于彩色图图像的每每个像素素的颜色色由R、G、BB三个分分量组成成，即红红、绿、蓝三种种颜色。每种颜颜色都有有2555中灰度度值可以以去，而而灰度图图像则是是R、GG、B三三个分量量灰度值值相同的的一种特特殊的图
34、图像，所所以在数数字图像像处理过过程中将将彩色图图像转换换成灰度度图像后后就会使使后续的的图像处处理时的的计算量量变得相相对很少少，这也也就是图图像灰度度化的原原因。而而且灰度度图像对对图像特特征的描描述与彩彩色图像像没有什什么区别别，仍能能反应整整个图像像的整体体和局部部的亮度度和色度度特征。现在大大部分的的彩色图图像都是是采用RRGB颜颜色模式式，处理理图像的的时候，要要分别对对RGBB三种分分量进行行处理，实实际上RRGB并并不能反反映图像像的形态态特征，只只是从光光学的原原理上进进行颜色色的调配配。所以以人们在在进行图图像处理理和预处处理时都都会先进进行图像像的灰度度化处理理，方便便对
35、图像像的后续续化处理理，减少少图像的的复杂度度和信息息处理量量9。2.3.1基本本介绍灰度用黑黑色调来来表示物物体，每每个灰度度对象有有0%（白白色）至至 1000%（黑黑色）的的范围值值，通常常用灰度度来表示示黑白或或灰度扫扫描仪生生成的图图像。另另外使用用灰度还还能将彩彩色的图图像转换换为高质质量的黑黑白图像像，此时时制图软软件将会会把原图图像的所所有颜色色信息丢丢弃。而而我们所所说的灰灰度色，就就是指纯纯白、纯纯黑及两两者的一一系列从从黑到白白的过渡渡颜色。平常所所说的黑黑白照片片、电视视，实际际上都应应称为灰灰度照片片、灰度度电视才才准确。灰度共共有2556个级级别，灰灰度最高高的相当
36、当于最高高的黑，那那就是纯纯黑。灰灰度最低低的相当当于最低低的黑，也也就是没没有黑，就就是纯白白。当把把像素量量化以后后，用一一个字节节表示像像素的大大小。如如果把黑黑-灰-白连续续多种变变化的灰灰度值也也量化为为2566个灰度度级，则则灰度值值的范围围大小为为0到2255，表表示的含含义是亮亮度从深深到浅，相相对应的的图像中中的颜色色则是从从黑到白白。所以以黑白照照片里包包含了黑黑白之间间的所有有灰度值值，每个个像素都都在黑和和白之间间的2556种灰灰度中包包含着5。2.3.2基本本方法彩色图像像RGBB模型中中，如果果R=GG=B，则则彩色表表示一种种灰度颜颜色，其其中这个个值叫做做灰度值
37、值，所以以灰度图图像每个个像素用用一个字字节存放放灰度值值（亮度度值），一一般有四四种方法法对彩色色图进行行灰度化化：取分量量法。将将彩色图图像中的的三个分分量之一一的亮度度值作为为灰度图图像的灰灰度值，根根据需要要选取一一种作为为灰度图图像。取最大大值法。是将彩彩色图像像中的三三个分量量的亮度度的最大大值作为为灰度图图像的灰灰度值。平均值值法110。将彩色色图像中中的三个个分量的的亮度值值求平均均值得到到一个灰灰度值，作作为灰度度图像的的灰度。加权平平均值法法。根据据三个分分量的重重要性及及其它指指标，将将三个分分量以不不同的权权值进行行加权平平均运算算。由于于人眼对对绿色的的敏感度度高，对
38、对蓝色的的敏感度度低，故故可以按按照不同同的权值值对RGGB三个个分量进进行加权权平均运运算能得得到比较较合理的的灰度图图像3。图2.11 图像像灰度化化前后2.4 MATTLABB软件介介绍MATLLAB12是Maatriix LLaboorattoryy即矩阵阵实验室室的缩写写，是美美国MaathWWorkks公司司专门开开发的集集数值计计算、符符号计算算、图像像可视化化三大功功能于一一体的功功能强大大的仿真真软件，是是国际上上公认的的优秀数数学应用用软件之之一。由由于它的的基本单单位是矩矩阵，它它的指令令表达式式与数学学和工程程中的相相似，故故用MAATLAAB解决决计算和和图像问问题比
39、用用其他语语言完成成要简单单的多。MATTLABB最突出出的功能能就是简简洁，用用更直观观的符合合人们思思维的代代码代替替了C和和VC+的冗冗长的代代码，给给用于带带来了最最直观最最简洁的的程序开开发环境境。而且且MATTLABB的图形形功能很很强大，在在MATTLABB里数据据的可视视化非常常简单，MMATLLAB还还具有较较强的编编辑图形形界面的的能力。MATTLABB的另一一大特色色是功能能强大的的工具箱箱。MAATLAAB软件件里包含含两部分分：核心心部分和和各种可可自由选选取的工工具箱。核心部部分则有有数百个个内部函函数，工工具箱又又分为两两个方面面：功能能性工具具箱和学学科性工工具
40、箱 。前者者用来扩扩充符号号计算功功能，图图像建模模仿真功功能，文文字处理理功能和和硬件实实时交互互功能等等。可以以看出功功能性工工具箱用用于多种种类型的的学科，而而学科性性工具箱箱是比较较专业性性的工具具箱，如如siggnl proocesssinng ttoollboxx，coommuuniccatiion tooolboox等等等，所以以用户可可以不编编写自己己学科内内的基础础性程序序，直接接进行高高端的程程序研究究。在上上述工具具箱中，图图像处理理工具包包是由一一系列支支持图像像处理操操作的函函数构成成的，所所支持的的图像操操作有：图像几几何操作作，邻域域操作、图像变变换、图图像增强强
41、与恢复复、线性性滤波和和滤波器器的设计计与实现现等等20。2.4.1 MMATLLAB的的应用下面简单单介绍一一些MAATLAAB在图图像处理理方面的的实际操操作应用用122。（1）图图像文件件格式的的读入和和写出。MATTLABB提供了了图像读读入函数数 immreaad()，用来来读取各各种各样样的文件件，如bbmp、pcxx、jggpegg 、hhdf、xwdd等格式式的图像像。MAATLAAB还提提供了图图像写出出函数iimwrritee()，另另外还有有图像显显示函数数 immagee()、imsshoww()。（2）图图像处理理相关的的基本运运算。MMATLLAB提提供了图图像线性
42、性运算以以及卷积积、相关关、滤波波等非线线性算。例如，用用函数实实现了，两幅图图像的卷卷积运算算。（3）图图像变换换。MAATLAAB提供供了傅立立叶变换换、快速速傅立叶叶变换、离散余余弦变换换及其反反变换和和连续小小波变换换、离散散小波变变换及其其反变换换各种变变换。（4）图图像分析析、增强强。针对对图像的的统计计计算MAATLAAB 提提供了灰灰度调整整、直方方图均衡衡、中值值滤波、自适应应滤波等等一系列列图像预预处理技技术10。以上所提提到的 MATTLABB软件在在图像中中的各种种处理应应用都是是通过相相应的MMATLLAB函函数来实实现的，因因此使用用时，只只需正确确调用相相应的函函
43、数并输输入参数数即可。MATLLAB中中的基本本数据结结构是由由一组有有序的实实数或复复数元素素构成的的数组，同同样的，图图像对像像的表达达采用的的是一组组有序的的灰度或或彩色数数据元素素构成的的实值数数组。MMATLLAB中中通常用用二维数数组来存存储图像像，数组组的每一一个元素素对应于于突袭哪哪个的一一个像素素值。由由于对图图像采用用了通用用的数据据矩阵的的表达方方式，MMATLLAB中中原有的的所有基基本矩阵阵操作都都可应用用于图像像矩阵。2.4.2 MMATLLAB工工具箱MATLLAB图图像处理理工具箱箱提供了了丰富的的图像处处理函数数，使用用这些工工具箱函函数将大大大减轻轻图像数数
44、据的繁繁杂操作作，使我我们更加加快捷地地实现图图像处理理任务，不不再把很很多的时时间花在在调试一一些基本本代码上上，而是是把更多多的精力力倾注于于各种图图像处理理算法的的效果上上。工具具箱函数数3主要可可以完成成以下功功能：图像的的几何操操作；图像的的临域和和图像块块操作；线形滤滤波和滤滤波器设设计；图像变变换；图像分分析和增增强二值图图像形态态学操作作图像复复原图像编编码感兴趣趣区域处处理MATLLAB支支持的图图像文件件格式：bmpp、curr、giff、hdff、icoo、jpgg、pbmm、pcxx、pgmm、pngg、pnmm、ppmm、rass、tittP、xwdd。MATLLAB
45、支支持的图图像类型型：索引色色图像灰度图图像RGBB图像二值图图像图像序序列2.5 运动目目标检测测算法研研究在进行运运动目标标检测时时，一个个很重要要的步骤骤就是区区分出运运动目标标和背景景范围，常常见的一一种情况况是摄像像机处于于静止状状态并且且焦距也也是固定定的。此此时，图图像中的的背景区区域固定定不动。在这种种情况下下，运动动目标识识别无论论是使用用背景差差法，还还是使用用背景差差法结合合帧间差差法，质质量良好好的背景景的建立立显得及及其重要要。另外外，当涉涉及到背背景的使使用时，一一旦背景景发生一一些变化化时，如如背景中中频繁地地出现运运动物体体，或者者光照发发生变化化、树叶叶等小物
46、物体的晃晃动等等等，使得得不能准准确地提提取背景景作为参参考图像像，从而而不能正正确地分分割出视视频序列列中的运运动物体体。为了了克服上上述问题题，国内内外众多多研究人人员提出出了背景景建立和和自适应应的背景景模型，实实现了背背景模型型的实时时更新，能能够比较较准确地地识别出出运动目目标。在在能够满满足实时时性和实实用性要要求的前前提下，讨讨论并研研究下列列几种算算法。2.5.1手手动背景景法手动背景景法需要要人观察察到没有有前景物物体时启启动该帧帧图像，作作为背景景图像。这种背背景提取取方法增增加了人人力和物物力的需需求，而而且在很很多情况况下很难难在没有有前景的的情况下下获得背背景图像像，比如如高速公公路的车车辆监测测系统、小区的的门禁系系统等等等。这种种方法不不能实现现自适应应背景更更新的功功能，需需要使用用其他方方法修正正由于光光线，亮亮度等的的变化带带来的背背景误差差13。2.5.2统统计中值值法考虑到运运动物体体较少的的情况下下，连续续多帧图图像中背背景的像像素值占占主要部部分，这这样在一一段时间间内变化化缓慢，取取中值便便可以认认为是背背景图像像。统计计中值算算法从统统计学的的角度统统计单个个像素点点，在连续续帧图像像中的亮亮度