本发明专利技术提供一种背景自适应的水面漂浮物自动识别方法及其装置，包括：以监控区域为采集依据，至少获取若干帧水面图像以形成背景帧库；分别对每帧水面图像进行相同位置下的像素累计分析以计算出各位置中像素值趋同数量最多的像素并将其作为对应位置下的背景像素，形成初始的水面背景模型；对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理以区分出变化区域与恒定区域，将恒定区域更新至背景帧库中；将变化区域与水面背景模型进行拟合以区分出变化区域在该模型中覆盖的是背景区域还是漂浮物运动区域，若是背景区域则更新至背景帧库中，若是漂浮物运动区域则不进行更新。本发明专利技术增强了漂浮物的可识别能力和效率，为后面的定位和漂浮物的捞取工作奠定了基础。的捞取工作奠定了基础。的捞取工作奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
一种背景自适应的水面漂浮物自动识别方法及其装置
[0001]本专利技术涉及运动目标识别领域，尤其涉及一种背景自适应的水面漂浮物自动识别方法及其装置。
技术介绍
[0002]当前挖掘机无人操作技术有了较大的发展，很多无人操作系统都实现了特定场景下的无人化操作，比如自动修坡，自动平整路面，自动装卸车等等。
[0003]大部分的自动作业技术都是基于给挖掘机安装了一双”眼睛”去实现的，比如视觉识别定位技术或者是GPS定位技术，针对水面垃圾（漂浮物）识别的技术通常即为其中的视觉识别定位技术。
[0004]而由于施工环境多为河水或者江水，水流会随着风力或者季节的不同存在差异性的流速变化。给识别工作增加了难度。
[0005]现有技术中，根据相机的运动或者静止的情况，运动目标的检测大致可分为以下两类：相机运动和静止的两种情况。运动状态：相机随着识别目标移动，并且有始终保持目标在图像的中心附近的特点；静止状态：相机相对处于静止状态，相机固定在挖掘机某一位置，对确定范围内的目标进行检测、跟踪。
[0006]目前运动目标追踪的常用的方法有背景减法、帧间差分法和光流场方法。
[0007]背景减法的优点是计算方法相对简单，可以实现实时监测，缺点是要求背景决定静止或者基本无变化，实际环境中背景是会随着背景的扰动、外界光照条件的变化、阴影等等因素不断发生变化的，抑制噪声的效果较差，适用的场合较为有限，不适合长期的跨季节的检测应用。
[0008]帧间差分法的优点是对运动物体敏感，缺点是检测出的物体的位置不精确，可能出现误差，不能完全提取出所有相关的特征像素点，不利于进一步的对象分析与识别。
[0009]至于光流法的优点是不需要预先知道场景的任何信息，能够检测独立运动的对象，并且对目标在帧间的运动的限制较少，可以处理较大的帧间位移。但多数光流法需要特殊的硬件支持，耗时和计算复杂，且抗噪性能差，很难达到实时检测的目标，因为可以说光流法的时间开销量很大，其实时性和实用性也较差。
技术实现思路
[0010]为了能够更加准确地识别流动水面上的漂浮物，以帮助挖掘机实现水面漂浮物的准确打捞，本专利技术的其中一方面提供一种背景自适应的水面漂浮物自动识别方法，用于挖掘机漂浮物打捞作业，所述方法包括：以设定的监控区域为采集依据，在静态背景下至少获取若干帧水面图像以形成背景帧库；分别对所述背景帧库中的每帧水面图像进行相同位置下的像素累计分析以计算出各位置中像素值趋同数量最多的像素，将该像素作为对应位置下的背景像素，形成初始的水面背景模型；实时状态下，对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理以区分出变化区域与恒定区域，将恒定区域更新至所述背景帧库中；以及将变化区
域与所述水面背景模型进行拟合，以区分出所述变化区域在所述水面背景模型中覆盖的是背景区域还是漂浮物运动区域，若是背景区域则更新至所述背景帧库中，若是漂浮物运动区域则不进行更新。
[0011]优选地，对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理，包括：设监控区域的像素面积为n，在t时刻，监控区域的上一帧像素值是Bi(t)，当前帧的像素值是Fi(t) ，差分图像的累计变化方差为Mi(t)，彼此具有如下关系式：；其中，当监控区域的状态恒定时，Mi(t)的值趋向为0；当发生变化时，Mi(t)的值将会迅速增加。
[0012]优选地，将变化区域与所述水面背景模型进行拟合，包括：设引入的权衡校正因子为ji(t)，产生阴影遮挡的影响因子为Yi（t），产生光照强度变化的影响因子为Gi(t)，彼此具有如下关系式：；根据返回的Mi(t)和ji(t)的值，选择是否将变化区域更新至所述背景帧库，如果在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减，则更新。
[0013]优选地，所述方法还包括：在至少以下两种情况下切换监控区域：在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减；ji(t)与Mi(t)均骤增至峰值后趋于稳定；在至少以下一种情况下不切换监控区域：ji(t)与Mi(t)稳定的趋于0。
[0014]优选地，所述方法还包括：将用户手动标记的区域确认为所述监控区域，具体为：根据用户在当前画面中手动拾取的多个点以形成一多边形，生成所述多边形的外接矩形，以及根据所述外接矩形识别所述多边形是否在有效区域内，若是则将其确认为所述监控区域。
[0015]为了能够更加准确地识别流动水面上的漂浮物，以帮助挖掘机实现水面漂浮物的准确打捞，本专利技术的其中一方面提供一种背景自适应的水面漂浮物自动识别装置，用于挖掘机漂浮物打捞作业，所述装置包括：背景帧库形成模块，被配置为以设定的监控区域为采集依据，在静态背景下至少获取若干帧水面图像以形成背景帧库；背景帧库，被配置为存储若干帧水面图像；初始水面模型构建模块，被配置为：分别对所述背景帧库中的每帧水面图像进行相同位置下的像素累计分析以计算出各位置中像素值趋同数量最多的像素，将该像素作为对应位置下的背景像素，形成初始的水面背景模型；帧差处理模块，被配置为在实时状态下，对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理以区分出变化区域与恒定区域；第一背景帧更新模块，被配置为将所述恒定区域更新至所述背景帧库中；以及背景拟合模块，被配置为将变化区域与所述水面背景模型进行拟合，以区分出所述变化区域在所述水面背景模型中覆盖的是背景区域还是漂浮物运动区域；第二背景帧更新模块，被配置为所述水面背
景模型中覆盖的是背景区域时将其更新至所述背景帧库中，若是漂浮物运动区域则不进行更新。
[0016]优选地，所述帧差处理模块被进一步配置为：设监控区域的像素面积为n，在t时刻，监控区域的上一帧像素值是Bi(t)，当前帧的像素值是Fi(t) ，差分图像的累计变化方差为Mi(t)，彼此具有如下关系式：；其中，当监控区域的状态恒定时，Mi(t)的值趋向为0；当发生变化时，Mi(t)的值将会迅速增加。
[0017]优选地，所述背景拟合模块被进一步配置为：设引入的权衡校正因子为ji(t)，产生阴影遮挡的影响因子为Yi（t），产生光照强度变化的影响因子为Gi(t)，彼此具有如下关系式：；其中，所述第二背景帧更新模块被进一步配置为：根据返回的Mi(t)和ji(t)的值，选择是否将变化区域更新至所述背景帧库，如果在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减，则更新。
[0018]优选地，所述装置还包括：监控区域切换模块，被配置为：在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减，或者，ji(t)与Mi(t)均骤增至峰值后趋于稳定的情况下切换监控区域；在ji(t)与Mi(t)稳定的趋于0情况下不切换监控区域。
[0019]优选地，所述装置还包括：人机交互模块，被配置为将用户手动标记的区域确认为所述监控区域，具体为：根据用户在当前画面中手动拾取的多个点以形成一多边形，生成所述多边形的外接矩形，以及根据所述外接矩形识别所述多边形是否在有效区域内，若是则将其确认为所述监控区域。
[0020]本专利技术通过对水面背景的有效建模，极大程度上增强了漂浮物的可识别能力和可识别效率，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种背景自适应的水面漂浮物自动识别方法，用于挖掘机漂浮物打捞作业，其特征在于，所述方法包括：以设定的监控区域为采集依据，在静态背景下至少获取若干帧水面图像以形成背景帧库；分别对所述背景帧库中的每帧水面图像进行相同位置下的像素累计分析以计算出各位置中像素值趋同数量最多的像素，将该像素作为对应位置下的背景像素，形成初始的水面背景模型；实时状态下，对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理以区分出变化区域与恒定区域，将恒定区域更新至所述背景帧库中；以及将变化区域与所述水面背景模型进行拟合，以区分出所述变化区域在所述水面背景模型中覆盖的是背景区域还是漂浮物运动区域，若是背景区域则更新至所述背景帧库中，若是漂浮物运动区域则不进行更新。2.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动识别方法，其特征在于，对获取的相邻两帧水面图像进行差分处理，包括：设监控区域的像素面积为n，在t时刻，监控区域的上一帧像素值是Bi(t)，当前帧的像素值是Fi(t) ，差分图像的累计变化方差为Mi(t)，彼此具有如下关系式：；其中，当监控区域的状态恒定时，Mi(t)的值趋向为0；当发生变化时，Mi(t)的值将会迅速增加。3.根据权利要求2所述的水面漂浮物自动识别方法，其特征在于，将变化区域与所述水面背景模型进行拟合，包括：设引入的权衡校正因子为ji(t)，产生阴影遮挡的影响因子为Yi（t），产生光照强度变化的影响因子为Gi(t)，彼此具有如下关系式：；根据返回的Mi(t)和ji(t)的值，选择是否将变化区域更新至所述背景帧库，如果在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减，则更新。4.根据权利要求3所述的水面漂浮物自动识别方法，其特征在于，所述方法还包括：在至少以下两种情况下切换监控区域：在ji(t)稳定的情况下Mi(t)骤增或者骤减；ji(t)与Mi(t)均骤增至峰值后趋于稳定；在至少以下一种情况下不切换监控区域：ji(t)与Mi(t)稳定的趋于0。
5.根据权利要求1
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4任一项所述的水面漂浮物自动识别方法，其特征在于，所述方法还包括：将用户手动标记的区域确认为所述监控区域，具体为：根据用户在当前画面中手动拾取的多个点以形成一多边形，生成所述多边形的外接矩形，以及根据所述外接矩形识别所述多边形是否在有效区域内，若是则将其确认为所述监控区域。6.一种背景自适应的水面漂浮物自动识别装置，用于挖掘机漂浮物打捞作业，其特征在于，所述装置包括：背景帧库形成模块，被配置为以设定的监控区域为采集依...
【专利技术属性】
技术研发人员：张彦群，
申请(专利权)人：爱克斯维智能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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