混合高斯模型运动检测算法优化

针对经典混合高斯算法对非平稳场景过于敏感的问题, 提出了混合高斯模型运动检测算法的优化方法。在检测算法流程的匹配高斯模态选择、模型更新和背景显示上分别作了优化：综合考虑模态权重与模态自身匹配度, 选择匹配高斯模态; 统一初始化与检测过程中的模型更新, 即使视频检测的背景变化较大, 系统也能较快地建立理想背景模型; 综合考虑背景模型各模态分布, 清楚反映了背景模型的具体分布。实验结果表明, 与经典混合高斯算法相比, 优化算法在克服背景扰动、降低误检率上表现良好, 有效提高了混合高斯算法对场景变化的适应性。优化算法在实际工程应用中效果良好。     

复杂背景下改进视觉背景提取的前景检测算法

针对视觉背景提取模型存在的鬼影抑制效果差、动态背景适应能力不足等问题,本文提出了一种改进的视觉背景提取模型算法。在模型构建阶段,该算法充分融合时空域信息初始化背景模型,避免了样本的重复选取,提高了鬼影抑制能力;在像素分类阶段,根据背景动态程度,引入自适应距离阈值代替全局固定阈值,增强了模型对动态背景的适应性;在背景更新阶段,对连续多帧判定为前景的像素点进行阈值判断,并及时更新到背景模型,消除了运动背景与静止前景造成的虚影现象。多个公开视频数据的测试结果表明,本文算法相比典型算法在复杂背景下检测的准确性和鲁棒性都有了很大提高。     

动态背景下自适应LOBSTER算法的前景检测

目的 前景检测是视频监控领域的研究重点之一。LOBSTER(local binary similarity segmenter)算法把ViBe(visual background extractor)算法和LBSP(local binary similarity patterns)特征结合起来,在一般场景下取的了优良的检测性能,但是LOBSTER算法在动态背景下适应性差、检测噪声多。针对上述问题,提出一种改进的LOBSTER算法。方法 在模型初始化阶段,计算各像素的LBSP特征值,并分别把像素的灰度值和LBSP特征值添加到各像素的颜色背景模型与LBSP背景模型中,增强了背景模型的描述能力;在像素分类阶段,根据背景复杂度自适应调整每个像素在颜色背景模型和LBSP背景模型中的分类阈值,降低了前景中的噪声;在模型更新阶段,根据背景复杂度自适应调整每个像素背景模型的更新策略,提高背景模型对动态背景的适应能力。结果 本文算法与ViBe算法和LOBSTER算法进行了对比实验,本文算法的前景图像比ViBe算法和LOBSTER算法的噪声点大幅较低,本文算法的PCC指标在不同视频库中比ViBe算法提高0.736%7.56%,比LOBSTER算法提高0.77% 12.47%,FPR指标不到ViBe算法和LOBSTER算法的1%。结论 实验仿真结果表明,在动态背景的场景下,本文算法比ViBe算法和LOBSTER算法检测到的噪声少,具有较高的准确率和鲁棒性。     

双背景模型自适应运动目标检测算法在交通监控系统中的应用研究

针对现有运动目标检测算法不能满足复杂场景需求,提出一种基于高斯混合模型和时间平均模型改进的双背景模型自适应运动目标检测算法。对视频图像背景进行简单背景和复杂背景自适应判别,并建立相应的背景模型。双背景模型获取的运动目标区域信息更完整、清晰。实验表明,与传统检测算法相比,新算法在去除区域孔洞、目标区域完整性具有较好性能和优越性。     

晃动目标抑制的拟周期背景算法

准确的背景模型是目标提取与跟踪的重要基础。针对复杂场景中出现的局部拟周期变化的晃动目标,在多高斯背景模型基础上,提出一种拟周期背景算法(QPBA),用以抑制晃动目标,建立准确而稳定的背景模型。具体过程是：根据多高斯背景模型建立场景目标分类模型,分析晃动目标对高斯模型各参数产生的影响;以颜色分布值为样本建立高斯模型保留晃动所在像元,并以出现频次、时间间隔为权重因子,使晃动像元中的晃动模型融入背景模型。将拟周期背景算法与高斯混合模型(GMM)、背景建模算法(ViBe)、CodeBook等典型背景建模算法进行比较,通过定性、定量与效率三个方面的评估结果表明：拟周期背景算法对晃动目标抑制作用明显,误检率小于1%,可以很好地应对场景中晃动目标干扰;同时正检个数与其他算法保持一致,能够完整地保留运动目标;算法效率高,解算时间与CodeBook算法近似,满足实时性的计算要求。     

关于自适应高斯混合背景模型的更新算法的研究

采用自适应高斯混合方法为背景建模的难点是对背景模型的维持与更新。目前,背景模型的更新算法很多,但算法中各参数的取值通常是依据经验而定。本文对背景信号进行了分析,根据背景信号的特点,给出了背景更新算法中各参数值的选取方案,并提出了一种新的背景模型更新算法。     

基于OpenCv运动目标识别技术的研究

在智能视频监控系统中,快速、准确、有效地检测出运动目标成为人们研究的主要课题之一。本文根据背景差分与帧间差分各自的特点,提出一种基于高斯模型的背景差分与帧间差分相结合的运动目标检测算法。说明高斯背景建模原理以及算法的背景模型更新方法,最后介绍了算法的实现流程和实验结果。在VisualC++6.0环境下,利用计算机视觉类库OpenCV对算法进行了验证。实验结果表明:该算法能快速、有效地提取目标。     

一种用于消除伪影的增强视觉背景提取算法

视觉背景提取算法(ViBe)在视频的首帧图像中随机地选取每个像素的空间邻域像素,对其背景模型进行初始化。该算法在检测初期容易产生伪影。针对该问题,提出一种采用像素的时间域信息初始化背景模型的增强视觉背景提取算法(E-ViBe)。首先,利用像素在连续的多帧图像中的历史像素完成模型的初始化;然后,根据空间邻域像素所得到的背景复杂度自适应地获取分割阈值;最后,采用动态更新率对背景模型进行更新,从而让背景模型更快、更好地适应场景的变化。实验结果表明,E-ViBe算法不仅能够快速、有效地去除伪影,也提高了目标检测的准确度。     

一种基于双背景模型的遗留物检测方法

针对一般遗留物检测算法运算量大和难以适应遮挡情况的问题,提出了一种静止单摄像机条件下快速有效的遗留物检测算法。算法建立了两个基于累积均值更新法的背景模型,分别称之为纯背景模型和脏背景模型。通过两个背景的差别得到静止目标块,并对静止目标块进行跟踪,当静止目标停留超过设定的时间即判定其为遗留物并触发报警。由于算法避免了使用复杂度数学概率背景模型,大大减低了背景更新的计算复杂度,使算法能满足视频监控系统实时处理的要求。同时,算法在静止目标跟踪模块中增加了碰撞帧数计数使遮挡情况下的遗留物跟踪得到更好的效果。在PETS2006数据集提供的多个视频序列实验中,该算法显示了良好的性能。     

一种基于主成分分析的 Codebook 背景建模算法

混合高斯(Mixture of Gaussian, MOG)背景建模算法和Codebook背景建模算法被广泛应用于监控视频的运动目标检测问题,但 混合高斯的球体模型通常假设RGB三个分量是独立的, Codebook的圆柱体模型假设背景像素值在圆柱体内均匀分布且背景亮度值变化方向指向坐标原点,这 些假设使得模型对背景的描述能力下降. 本文提出了一种椭球体背景模型,该模型克服了混合高斯球体模型和Codebook圆柱体模型假设的局限 性,同时利用主成分分析(Principal components analysis, PCA)方法来刻画椭球体背景模型, 提出了一种基于主成分分析的Codebook背景建模算法.实验表明,本文算法不仅能够更准确地描述背 景像素值在RGB空间中的分布特征,而且具有良好的鲁棒性.     

基于遗传算法和简化PCNN神经网络的裂缝检测方法*

为能够在复杂背景下检测裂缝、分析裂缝图像特征,由脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural networks, PCNN)的运行特征和神经元的状态变化分析简化PCNN模型,将简化PCNN模型用于裂缝图像的目标检测。针对PCNN无法确定裂缝图像的最优检测以及脉冲门限具有非线性因子的问题,提出了一种基于遗传算法(genetic algorithm, GA)和简化PCNN的裂缝图像检测方法。该方法采用最小误差准则作为遗传算法的适应度函数,并且根据遗传算法具有全局最优解的特点确定简化PCNN中各因子的值,实现了简化PCNN的裂缝图像自动分割。将本文方法与不同的分割方法对实际裂缝图像的处理结果进行比较,通过区域对比度、准确率和召回率等客观指标进行定量分析,表明了该方法对裂缝图像检测的有效性与通用性。     

基于改进PCNN与矢量法的输送带边缘检测

为解决带式输送机输送带边缘难以提取的问题,提出了一种改进脉冲耦合神经网络（PCNN, Pulse Coupled Neural Network）与数学矢量相结合的输送带边缘检测算法。针对PCNN模型参数较多,各个参数不易自动选取的缺点,改进了模型结构,减少了待定参数;在此基础上利用矢量法寻找输送带边缘。实验结果表明,算法具有较强的准确性和有效性。     

High-resolution SAR images segmentation using NSCT denoising and QIGA based parameters selection of PCNN model

The high-resolution synthetic aperture radar (SAR) images usually contain inhomogeneous coherent speckle noises. For the high-resolution SAR image segmentation with such noises, the conventional methods based on pulse coupled neural networks (PCNN) have to face heavy parameters with a low efficiency. In order to solve the problems, this paper proposes a novel SAR image segmentation algorithm based on non-subsampling Contourlet transform (NSCT) denoising and quantum immune genetic algorithm (QIGA) improved PCNN models. The proposed method first denoising the SAR images for a pre-processing based on NSCT. Then, by using the QIGA to select parameters for the PCNN models, such models self-adaptively select the suitable parameters for segmentation of SAR images with different scenes. This method decreases the number of parameters in the PCNN models and improves the efficiency of PCNN models. At last, by using the optimal threshold to binary the segmented SAR images, the small objects and large scales from the original SAR images will be segmented. To validate the feasibility and effectiveness of the proposed algorithm, four different comparable experiments are applied to validate the proposed algorithm. Experimental results have shown that NSCT pre-processing has a better performance for coherent speckle noises suppression, and QIGA-PCNN model based on denoised SAR images has an obvious segmentation performance improvement on region consistency and region contrast than state-of-the-arts methods. Besides, the segmentation efficiency is also improved than conventional PCNN model, and the level of time complexity meets the state-of-the-arts methods. Our proposed NSCT+QIGA-PCNN model can be used for small object segmentation and large scale segmentation in high-resolution SAR images. The segmented results will be further used for object classification and recognition, regions of interest extraction, and moving object detection and tracking.

     

脉冲耦合神经网络自适应图像融合算法研究

作为一种新型的神经网络模型,脉冲耦合神经网络（PCNN）已经在众多领域得到了应用。针对现有脉冲耦合神经网络图像融合算法存在的不足,提出了一种新的自适应PCNN图像融合算法。提取原始待融合图像的互补特征作为PCNN的外部输入,并通过提取待融合图像的对比度特征自适应确定PCNN的链接强度参数;分析了传统PCNN获取最优图像融合结果的方法,探索性地将结构相似度引入到PCNN融合结果的评价中,为PCNN最优融合结果的获取提供了很好的借鉴作用。通过红外和可见光等图像的仿真实验结果表明,提出的融合算法是有效的。     

基于连接突触计算网络的医学图像融合算法

针对传统的脉冲耦合神经网络（PCNN）融合方法中参数过多,以及参数和网络迭代次数难以准确设置、融合效果差等缺点,提出了一种用连接突触计算网络（LSCN）模型的连接项（L项）进行图像融合的算法。首先,把两幅待融合图像分别输入到LSCN模型中;其次,使用L项代替传统PCNN中的点火频率作为输出;然后,使用多通工作方式终止迭代;最后,通过比较L项的值得到融合后图像的像素。理论分析与实验结果表明,与改进的PCNN模型和在PCNN模型的基础上提出的新模型进行图像融合的算法进行比较,所提算法得到的融合图像更有利于人眼观察;特别是与点火频率作为输出的LSCN方法相比,所提算法在边缘信息评价因子、信息熵、标准差、空间频率、平均梯度上均较优。该算法简单易行,不仅减少了待定参数数目,降低了计算复杂度,而且解决了传统模型中迭代次数难以确定的问题。     

一种基于QPSO的脉冲耦合神经网络参数的自适应确定方法

针对目前脉冲耦合神经网络(PCNN)神经元模型中的参数主要通过人工定义的问题,提出一种基于量子微粒群优化(QPSO)算法的PCNN参数自动确定方法,并分析该算法的时间复杂度。该方法利用PCNN分割后的图像熵作为QPSO算法的适应度函数,在解空间中自动搜索PCNN中待确定参数的最优值,提供一种PCNN神经元模型中的参数自动确定方法。将该方法应用于图像分割时,以互信息量作为图像分割评价标准。仿真结果表明文中方法实现正确的图像分割,其性能优于Otsu方法、人工调整PCNN参数方法、遗传算法优化方法和微粒群优化方法,表现出较好的鲁棒性。     

基于脉冲耦合神经网络的图像分割

针对传统脉冲耦合神经网络(PCNN)模型在图像分割时需要设置较多参数和不能准确分割低对比度图像的问题,提出一种简化的PCNN模型和改进算法。在简化模型中减少了在传统PCNN模型中需要设置的参数的数量;在改进算法中根据图像像素空间和灰度特征自适应设置模型参数,并根据图像灰度直方图求出灰度期望均值作为图像分割阈值,因此该算法无需选择 循环迭代次数,只需一次点火过程就能实现图像的有效分割。实验结果表明,该方法能准确分割图像,纹理细节清晰,分割结果优于人工调整参数的PCNN方法和Otsu方法。     

基于PCNN和遗传算法相结合的新型混凝土桥梁裂缝检测方法

针对混凝土桥梁裂缝对比度低、裂缝图像噪声干扰强等难题,提出了基于脉冲耦合神经网络(PCNN)和遗传算法相结合的混凝土桥梁裂缝检测新算法(GA-PCNN)。该算法首先利用遗传算法优化裂缝PCNN模型参数,然后通过改进的最小对数误差适应度函数区分裂缝与背景,当适应度值大小几乎无变化时,停止分割图像,最后通过连通域去噪算法滤除残余噪声,实现裂缝的自动检测。比较GA-PCNN、PCNN和基于熵和动态阈值算法对裂缝图像的分割效果,并绘制PR曲线和ROC曲线评价分割质量,经计算GA-PCNN算法的PR和ROC曲线下面积为90.6%和91.6%,分别高于PCNN算法10.1%和6.8%、基于熵和动态阈值6.5%和6.7%。试验的结果表明：GA-PCNN新算法分割效果好且去噪能力强,该算法能准确地提取混凝土桥梁裂缝特征。     

优化的PCNN自适应三维图像分割算法*

脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network,PCNN)对图像分割具有天然的优势,但是传统的PCNN模型参数难以确定,且算法耗时多。对多种PCNN模型进行研究改进,并利用统计学知识提出了一种精简高效的自适应三维分割算法。将其用于脑部磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)图像的分割,把脑组织分成白质、灰质和脑脊液。与标准PCNN、传统的Otsu阈值方法、SPM8工具箱及专家手动分割结果的对比实验表明,该自适应算法具有精确性、高效性。     

基于四元数显著图和PCNN空洞滤波的足球检测

注意力选择和先验知识可有效的用于目标检测与跟踪。在基于注意力选择目标跟踪模型的基础上,引入了PCNN（Pulse Coupled Neural Network）空洞滤波及足球颜色的先验知识。一方面,针对有些情况下足球模糊不清,采用PCNN空洞滤波检测足球的连通性;另一方面,在注意力选择模型中引入了足球颜色的先验知识,进一步提高检测性能。首先提取球场区域,然后对由足球颜色先验知识、色差和亮度产生的四元数显著图进行PCNN空洞滤波,很多情况下可由此直接检测到足球。如果至此未检测到足球,继续利用四元数显著图生成感兴趣区域,并用足球的面积、圆形度和离心率等特征进一步检测目标,同时采用卡尔曼滤波器预测足球的位置作为补充检测。仿真结果显示,与Dynamic Kalman Filter with Velocity Control^[4]和Real Time Ball Detection Framework^[5]两种方法相比,检测成功率分别提高了11．5％和15．8％。