JPH0824350B2 - 背景画像抽出方法 - Google Patents

背景画像抽出方法

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JPH0824350B2
JPH0824350B2 JP62026906A JP2690687A JPH0824350B2 JP H0824350 B2 JPH0824350 B2 JP H0824350B2 JP 62026906 A JP62026906 A JP 62026906A JP 2690687 A JP2690687 A JP 2690687A JP H0824350 B2 JPH0824350 B2 JP H0824350B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えば連続画像データから移動物体を抽出
する際の前処理に用いられる背景画像抽出方法に関す
る。
「従来の技術」 一般に、動画像処理では、移動体の存在する領域を抽
出する最も単純な方法として前後する二つの画面の差を
利用する手法が用いられている。
例えば、文献1(浅田他、「運動物体の検出と追跡」
電子通信学会論文誌 ′79/6,vol.J62-D.No.6.395〜402
頁)によって提案されている連続差分画像を利用する手
法では、2値化された連続画像を用いて、着目する1フ
レームと、このフレームの近傍の数フレームとの差分画
像を連続的に作成し、得られた複数の差分画像のうちの
正(または負)の成分のみを利用し、連続したフレーム
で論理和をとることによって、着目するフレーム中に存
在する移動物体の領域を検出する。
また、他の方法としては、あらかじめ撮影しておいた
背景画像と動画像データとの差分画像を得て、これをし
きい値処理することにより、移動物体の領域を検出する
手法も提案されている。
しかしながら、上述のような動画像処理における移動
物体検出方法のうち差分画像を利用する方法(前者の方
法)では、実世界のグレイレベルの差分によって処理を
行なった場合、雑音の影響を強く受け、移動物体の位置
を正確に検出することができないという問題点や、隣接
するフレーム内では同じ移動物体は重なる程度に、物体
の移動量を小さく、換言すればフレームの時間間隔を十
分小さく設定するようにしておかなければならないとい
う問題点がある。
また、背景をあらかじめデータとしてもっておく方法
(後者の方法)では、移動物体が常時移動している場合
については背景画像自体の入手が困難であるという問題
点がある。
この発明はこのような状況に鑑み、動画像データのみ
を用いて移動物体の検出に必要な背景画像を得ることの
できるようにした、背景画像抽出方法を提供することを
目的とする。
「問題点を解決するための手段」 この発明によれば撮像体を固定した状態で連続入力さ
れる画像データを用い、連続するフレームの画像または
指定時間内でサンプリングされた複数フレームの画像に
ついて、各フレームの画像を小区画に分割し、各フレー
ムの画像の同じ位置の小区画毎の代表輝度レベルの時系
列データからヒストグラムを作成し、そのヒストグラム
上で最大頻度の頻度レベル、あるいは代表輝度レベルに
より小区画毎に代表小区画を決定し、その代表小区画の
画像データをその小区画の背景レベルとして全画面を構
成する。
「実施例」 以下、図面によりこの発明の一実施例としての背景画
像抽出方法について説明する。
第1図に示すように、斜線で示される移動物体1が波
目模様2を背景として画面内を左から右へ移動してい
る。画面内の一点Aに着目した場合、点Aは、第1,4,5,
6フレームでは背景中の点であるが、第2フレームと第
3フレームとにおいては移動物体1中の点となってい
る。
第2図に示すように、A点のレベルはA点が背景であ
る第1,第4,第5および第6フレームではレベルl3となっ
ており、A点が移動物体1中の点である第2フレームお
よび第3フレームではそれぞれレベルl1、レベルl2とな
っている。なおここでは、背景の波目模様2の輝度レベ
ルは、第1から第6フレームまでの時間区間で移動物体
1の位置に依存せず一定と見なせるものとし、移動物体
1の輝度レベルは移動物体1中の場所について不均一で
あり、時間変化に対しても変動しうるものとしている。
6フレーム内のA点における輝度レベルのヒストグラ
ムをとると第3図に示すように、背景レベルに対応する
レベルl3において最大頻度をもつことがわかる。したが
って、背景画像の出力データとして点Aではレベルl3
採用すればよい。
以上の手順を画像中のすべての点について行なうこと
により、第4図に示すように、移動物体1を含まず、波
目模様2のみを含む背景画像3が得られる。
実際の動画像データでは、影やブレその他雑音の影響
によって、第5図に示すように、移動物体1の存在しな
いフレームであっても輝度レベルが同一でなかったり、
移動物体1が存在しているフレームであっても輝度レベ
ルが同一であったりする場合がある。この場合、着目点
の輝度レベルのヒストグラムを作成すると第6図のよう
になり、最大頻度をもつレベルによって背景を抽出する
ことはできなくなる。
そこで、各フレーム内の着目点の輝度レベルを抽出す
るのに先だち、小区画ごとの平滑化や小区画内の最大頻
度レベルなどを代表値とするフィルタリングや、輝度階
調低減の処理を施しておき、これらの前処理がなされた
画像データ中の輝度レベルを用いてヒストグラムを作成
する。こうして作成されたヒストグラムの背景に対応す
る密集部のレベルを顕著にするために、隣接レベルに対
して重み付けを施すなどのヒストグラム補正処理を行な
うことが有効である。また、前処理の過程中に、処理時
間短縮のための画素のまびきを含めるようにしてもよ
い。
上述のように、ヒストグラム作成に先だち前処理を施
した場合、背景画像を再現するためには、ヒストグラム
上で最大頻度をもつレベルをそのまま出力して間引きサ
ンプリングした背景データを得るかわりに、以下の背景
画像データの出力方法を取ればよい。すなわち、ヒスト
グラム上で最大頻度のレベルの各フレームを、着目点に
おいて背景が存在する候補フレームとして抽出し、候補
フレームの中から選出された1つのフレームの原画像デ
ータ中の値を背景として出力する、あるいは、複数の候
補フレームの中から任意個数のフレームを選出し、それ
らのフレームの原画像データ中の値を用いて背景として
出力するようにすればよい。
以下、小区画を単位として扱う場合について、実施例
を用いて説明する。第7図(a)に示すようなn枚の連
続画像を用いて、移動物体1′を除き背景模様2′のみ
を含む背景画像3′(第8図)を抽出する場合には、ま
ず、すべての連続画像データを小区画ごとに分割し、各
区画で最大頻度のものを代表値とするフィルタリングを
行なう(第7図(b))と同時に、各区画を一点で代表
させて配列を縮小する(第7図(c))。すなわち、画
像データを8×5の小区画に分割したとすると、縮小さ
れた配列は、第7図(c)に示すように、一つのフレー
ムに対して8×5の要素をもつことになる。また、配列
の各要素のもつ値は、各小区画の砕氷輝度値となってい
る。
ここで、小区画A′に着目し、第1フレームから第n
フレームまでの小区画A′の代表輝度をフレーム番号に
対する輝度レベルのグラフとして示すと第7図(d)の
ようになる。第1フレームでは小区画A′内に輝度の低
い移動物体1′が含まれていたためレベルは低くなって
いるが、第2フレームから第nフレームまでには移動物
体1′が含まれておらず、ほぼ一定のレベルとなってい
る。これをヒストグラムで表わすと第7図(e)のよう
になるが、背景模様2′の輝度レベルがフレームによっ
て微妙に異なることにより、ヒストグラムには高輝度レ
ベル付近に低頻度で密集する分布がみられる。
場合によっては、このように、背景であっても最大頻
度レベルに対応しないことや、粗分布で背景に対応しな
いにもかかわらず最大頻度を示すことがありうる。そこ
で、ヒストグラム上で密集する部分を顕著にし、背景レ
ベルの検出の信頼性を上げるために、重みづけにより、
隣接レベルの寄与を含めるようなヒストグラムの補正を
行なうとよい。たとえば、レベルiにおける頻度をh
1(i)としたとき、 の式により補正したヒストグラムh2(i)は第7図
(f)のように示される。このような補正処理を行なっ
た一般化したヒストグラムを考えることによって、ヒス
トグラム上で背景に対応する密集分布が最大頻度レベル
を安定に与えるようにすることができる。
つぎに、小区画の代表輝度レベルとして、上述のよう
にして得られたヒストグラム(第7図(f))で最大頻
度をもつレベルlmfに近いレベルをもつフレームを抽出
する。ここでは、第7図(d)に示すように、第2フレ
ームから第nフレームまでが候補にあがる。これらの候
補フレーム4のうちから後述する方法などによって1フ
レームを選出し、着目小区画A′に対応する原画像デー
タ中の小区画Bを背景として出力する。たとえば、第n
フレームの小区画B内の値が第7図(g)に示すように
背景画像データ3′の対応する区画に代入される。
以上説明した着目小区画A′について背景を抽出する
手順を、すべての小区画について行なえば、第8図に示
すように、すべての点の背景模様2′が抽出されるわけ
である。なお、着目小区画A′の背景として第nフレー
ムの小区画B内の値をそのまま使用する方法に限らず、
小区画B内の各点について、第2フレームから第nフレ
ームのうちの任意複数個のフレームの平均を出力する方
法を用いてもよい。
背景データ抽出用原画像として、候補フレーム4のう
ちから適当な1フレームを選出するのには、たとえば次
のような方法を用いればよい。
移動物体1が存在しないフレームであっても、移動物
体1が存在するフレームの直前・直後のフレームでは、
移動物体1による影・反射などの影響が着目小区画A′
内に見られるおそれがあるので、最大頻度レベルをもつ
フレームのうち直前・直後で輝度レベルが変化している
フレームから(時間的に)最も離れたフレームを背景デ
ータ抽出用のフレームとして採用する方法がある。
たとえば、第9図(a)〜(e)に、フレーム番号に
対する輝度レベルのグラフとして示す5例を用いて説明
すると、Brは直前・直後のフレームで輝度レベルが一定
値以上変化しているフレーム(ブレーク・フレーム)で
あり、各候補フレームから最近接のブレークフレームま
でのフレーム数が最大のフレームを背景抽出用のフレー
ム(第9図印)として採用すればよいことになるわけ
である。なお、第9図(e)に示すように、輝度レベル
が一定の場合は、特定のフレーム(たとえば第1フレー
ム)を採用すればよい。
この発明の背景画像抽出方法は上述のごとく構成され
ているので、移動体を含む連続画像を用いて、移動部の
みを除いた背景画像を抽出することができる。
「発明の効果」 以上詳述したように、この発明の背景画像抽出方法に
よれば、連続又はサンプリングされた複数フレームの画
像中の小区画に着目し、その着目した小区画の代表輝度
レベルの時系列データからヒストグラムを作り、そのヒ
ストグラム上で最大頻度の代表輝度レベルによりその着
目小区画の背景レベルを決定するという極めて簡素な構
成で、移動物体を含む連続画像データのみを用いて移動
物体を除去した背景画像を得ることができるという利点
が得られる。
また、雑音の影響の極小化や処理時間の短縮を図り、
原画像に対して平滑化、サンプリング等の前処理を施し
た場合でも、ヒストグラム上での最大頻度レベルをもつ
原画フレームのうちから選出された1フレーム中の輝度
レベル、または最大頻度レベルをもつ原画フレームのう
ちの複数個のフレームの輝度レベルを用いて決定された
輝度レベルを、背景の輝度レベルとして出力するという
簡素な構成により、背景部のみを抽出することができ
る。
更にこの発明によれば、安定した信頼度の高い背景画
像が得られるので、移動物体を含む連続画像と背景画像
との差分をとることによって、精度よく移動物体を検出
することができるので、侵入物体の監視技術や交通流の
自動計測に有効な画像処理技術を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は撮像体を固定した状態で撮影した移動物体を含
む動画像データとしての6枚の連続画像(フレーム)を
示す図、第2図は第1図のA点における輝度レベルの変
化を各フレームに対して示す図、第3図は第1図のA点
における第1フレームから第6フレームまでの輝度レベ
ルのヒストグラムを示す図、第4図は出力される背景画
像データを示す図、第5図は雑音を含む場合のA点にお
ける輝度レベルの変化を示す第2図と対応した図、第6
図は第5図の輝度レベルのヒストグラムを示す図、第7
図は画面を小区画に分割し小区画ごとに平滑化の処理を
施す場合の背景画像抽出方法を説明するための図、第8
図は第7図で説明される処理によって抽出されうる背景
画像を示す図、第9図は最大頻度レベルをもつフレーム
の選出方法の説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像体を固定した状態で連続入力される画
    像データを用いて移動物体のみを除去した背景画像を抽
    出する方法において、 連続するフレームの画像または指定時間内でサンプリン
    グされた複数フレームの画像について、各フレームの画
    像を同じように小区画に分割し、 上記各小区画毎に代表輝度レベルを決定する処理を行
    い、 各フレームの画像上の同じ位置の小区画毎に上記代表輝
    度レベルの時系列データからヒストグラムを作成し、 そのヒストグラム上で最大頻度の輝度レベル、あるいは
    代表輝度レベルにより上記同じ位置の小区画毎に代表小
    区画を決定し、 全ての上記代表小区画の画像データを背景画像として出
    力することを特徴とする背景画像抽出方法。
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