背景建模 Vibe 演算法優缺點分析

2021-07-13 05:13:20 字數 2122 閱讀 6237

一、vibe 演算法的優點

vibe背景建模為運動目標檢測研究鄰域開拓了新思路,是一種新穎、快速及有效的運動目標檢測演算法。其優點有以下兩點:

1、思想簡單,易於實現。vibe通常隨機選取鄰域20個樣本為每個畫素點建立乙個基於樣本的背景模型,具有初始化速度快、記憶體消耗少和占用資源少等優點,隨後,利用乙個二次抽樣因子φ,使有限的樣本基數能近似表示無限的時間視窗,即在較少樣本前提下,保證演算法的準確性,最後,並採用一種領域傳播機制保證演算法的空間一致性。

2、運算效率高。有兩方面的原因:一是vibe背景模型是基於少量樣本的背景模型,二是優化了背景模型中的相似度匹配演算法。vibe背景模型是一種基於n個樣本的背景模型,為得到最佳n值,分別選取n為5、15、20、25進行了實驗對比,如圖3.3所示,實驗結果表明,n取20、25時,檢測結果理想,考慮計算負載,n取20最優。與混合高斯的3-5個高斯模型的計算匹配比較,基於20個樣本的背景模型計算具有計算開銷低、檢測速度快等優點。vibe的背景模型相似度匹配函式只與r和umin 有關,背景模型中的樣本與待分類畫素的歐式距離小於r的個數超過umin 時,匹配背景模型,判斷為背景,在實際實現過程中,優化演算法,一旦找到umin 個匹配樣本時,停止計算,判斷待分類畫素為背景,該方法大大減少了整個演算法的計算量,從而提高運算效率。

3、樣本衰減最優。有人通過增加樣本基數(上至200個)來處理複雜場景,也有人結合兩個子模型分別處理快速更新和緩慢更新的情況。其實,選取被替換樣本更新背景模型,實質上是樣本壽命問題,傳統方式採用先進先出的替換策略。vibe背景模型中每個樣本被選中為替換樣本的概率是相等的,與樣本存在時間的長短無關,這種策略保證背景模型中的樣本壽命呈指數衰減,模型更新達到最佳狀態。

二、vibe 演算法的缺點

vibe背景建模有思想簡單、易於實現、運算效率高等優點,但演算法自身也存在著侷限性。主要有鬼影、靜止目標、陰影前景和運動目標不完整等問題。

第乙個問題:鬼影問題。如圖3.4所示,vibe背景建模利用第一幀作為初始幀初始化背景模型,圖(d)是圖(c)用vibe演算法檢測到的結果,因第一幀(如圖(b)所示)中存在著運動目標,並非真實的背景影象(如圖(a)所示),檢測結果中出現鬼影,如圖3.4(d)所示。產生鬼影的根源可歸納為兩類:(1)背景模型的初始幀存在著運動目標;(2)運動目標的狀態轉變,從靜止到運動,背景模型的更新速率無法與背景變率相同步,出現虛假目標,即鬼影。

第二個問題:靜止目標問題。如圖3.5所示,圖(a)紅框中的人在等地鐵,從圖(a)到圖(c)經過498幀,長時間駐留未運動,該人物運動目標逐漸被背景吸收。本文將在450幀以上都沒有明顯位移的運動目標區域定義為靜止目標區域。產生靜止目標問題的根源可歸納為兩類:(1)運動目標從運動到靜止,(2)運動目標運動緩慢。當vibe背景模型的更新速度過快時,將靜止或緩慢運動目標吸收為背景的一部分,此時這兩種運動目標就檢測不出來了。

第四個問題:運動目標不完整問題。如圖3.7所示,圖(a)中的人內部出現空洞,圖(b)中的人中間出現斷層,圖(c)中的人上半身出現邊緣殘軀,圖(d)車體的擋風玻璃出現空洞。運動目標通常可分為非剛性物體和剛性物體,人屬於非剛性物體,車屬於剛性物體,這兩種常見檢測物件的檢測結果都出現了不完整現象。總結圖3.7的實驗結果,可將運動目標不完整現象分為三類:a)運動目標內部有大量空洞。(b)運動目標邊緣殘缺,呈現c字型凹陷。(c)運動目標中間有斷層。

產生運動目標不完整問題的根源主要有以下兩點:(1)vibe演算法自身存在缺陷。基於統計學原理的vibe樣本模型受限於模型的樣本個數,當樣本趨於無窮大時才能準確描述場景,這在實際應用中是不可能實現的;(2)場景或運動目標的 複雜性和多變性。主要有三種情況:1)瞬時的光線突變,背景模型來不及更新,2)前景與背景顏色相近,將前景誤判為背景,3)雜訊干擾,出現孤立雜訊點和連通雜訊區域。

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