行人視頻檢測(cè)中陰影檢測(cè)與去除方法設(shè)計(jì)

　　視頻圖像中的陰影會(huì)影響行人的檢測(cè)與跟蹤［2-4］，因?yàn)殛幱暗拇嬖跁?huì)造成檢測(cè)目標(biāo)的變形、合并、甚至丟失，使得目標(biāo)定位及計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。近年來，科研工作者對(duì)圖像中的陰影去除問題進(jìn)行了大量研究，在這些研究方法中，考察的圖像特征主要有三種：光譜特征、空間特征和時(shí)間特征［5］。光譜特征針對(duì)像素點(diǎn)，如灰度值、顏色信息等［6］，根據(jù)當(dāng)前圖與背景圖的色差、亮度差值等判斷像素點(diǎn)是否為陰影，或者對(duì)圖像進(jìn)行變換得到光照無關(guān)圖［7］進(jìn)而去除陰影；空間特征是針對(duì)某一區(qū)域或某一幀圖像，根據(jù)檢測(cè)到的圖像的輪廓、紋理、邊緣等信息判斷是否為陰影，如利用圖像的輪廓特征［8-9］，找到目標(biāo)與陰影的邊界線，對(duì)本體和陰影粗分，再建立陰影像素的高斯模板進(jìn)行細(xì)分，既減少了計(jì)算量又能達(dá)到較好效果；時(shí)間特征一般都是與前兩種特征結(jié)合使用，可以用于對(duì)陰影方向或運(yùn)動(dòng)速度的估算等，以進(jìn)一步提高陰影去除效果。

　　本文提出一種新的基于YUV顏色空間的陰影去除算法，因?yàn)楹芏鄶z像頭的輸出信號(hào)采用YUV顏色空間，與基于RGB顏色空間的處理方法相比，省去了圖像顏色空間轉(zhuǎn)換的步驟，能提高處理速度。在圖像特征上，本文結(jié)合像素點(diǎn)的光譜特征與圖像整體的空間特征，首先通過亮度差和色差對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，再利用目標(biāo)本體與陰影只相接不相交的空間特征，對(duì)去除結(jié)果進(jìn)行修正，使其陰影去除效果更好。同時(shí)，為了使算法適應(yīng)光照、場(chǎng)景等的變化，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)本體與陰影的分類，用遺傳算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和權(quán)值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以提高算法的魯棒性。

　　1 YUV顏色空間

　　在色彩學(xué)上，為了可以準(zhǔn)確定量地描述顏色，將色彩定義為三大屬性：“Y”表示明亮度，即灰度值；“U”和“V”表示色度，作用是描述圖像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。根據(jù)美國(guó)國(guó)家電視制式委員會(huì)NTSC制式的標(biāo)準(zhǔn)，白光的亮度用Y來表示，色差U、V由B－Y、R－Y按不同比例壓縮而成，與紅、綠、藍(lán)三色光的關(guān)系可用式（1）描述，這也是常用的轉(zhuǎn)換公式。YUV到RGB的轉(zhuǎn)換公式則如式（2）所示。

　　式中，R、G、B的取值范圍均為0~255。通常攝像機(jī)的數(shù)據(jù)以RGB、YUV或YCrCb的格式輸出。采用YUV顏色空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。目前有很多種顏色空間可以將圖像的色度分量和亮度分量區(qū)分開來，如HSV顏色空間，但是這種轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜，對(duì)于大型圖像非常耗時(shí)，并且在亮度值和飽和度較低的情況下，采用HSV顏色空間計(jì)算出來的H分量是不可靠的。

　　在YUV顏色空間中，如果只有Y信號(hào)分量而沒有U、V信號(hào)分量，則這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。除去亮度信號(hào)后，由U和V單純表現(xiàn)出色度。因此，如果要將U與V色差信號(hào)用色相及飽和度來表示，必須從含有三維空間的色點(diǎn)P投影到U-V平面的P′點(diǎn)，如圖1（a）所示。U-V平面投影法在受到不穩(wěn)定光源亮度的擾動(dòng)時(shí)，對(duì)于目標(biāo)色度有較大的精確性且不易辨識(shí)錯(cuò)誤，但是當(dāng)光源色溫變化過大時(shí)，其飽和度和色相的增減變化不易掌握。因此，如果需要判定兩個(gè)任意色點(diǎn)是否為同一色度時(shí)，必須確定其色相與飽和度都是相等的。如圖1（b）所示，對(duì)兩個(gè)色點(diǎn)P1與P2，當(dāng)其與U軸的夾角α1=α2時(shí)，表示色相相等；當(dāng)其與原點(diǎn)的距離L1=L2時(shí)，表示飽和度相等。當(dāng)兩者都相等時(shí)，表示色度完全相同。

　　對(duì)于光源亮度的不穩(wěn)定因素，只要光源亮度不是極值（極亮或極暗），對(duì)于相似顏色，如深藍(lán)色和藍(lán)色，就有相近的色度關(guān)系。對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)本體和陰影，也有相近的色度，但亮度值差別較大，可通過計(jì)算當(dāng)前圖與背景圖之間的亮度差值和色差來進(jìn)行陰影去除。