Codebook算法是一种基于聚类的、自适应的背景模型,在视频帧中通过聚类算法将像素的颜色值分成若干类别,根据每个类别的出现频率来建立背景模型。当像素点的颜色值与背景模型差异较大时,就说明该像素点属于前景。Codebook算法的具体流程如下:
1、初始化
将第一帧图像作为背景,对每个像素初始化一个codebook,包含三个信息:颜色值、该像素颜色出现的频率和最近更新时间。
2、添加样本
如果当前像素的颜色值没有出现过,则根据像素颜色创建一个新的codebook条目。如果出现过,则判断当前帧和该像素颜色出现的时间差,如果时间差小于一定值(比如10帧),则更新该codebook的颜色值和出现频率,否则在该像素位置再添加一个新的codebook。
3、检测前景
对于每个像素,根据其颜色值和codebook,判断是否为前景像素。如果当前像素的颜色不在codebook中,或颜色值与codebook差异过大,则认为当前像素为前景。
下面将具体介绍如何使用MATLAB实现Codebook算法进行视频背景建模。
1、读取视频
使用VideoReader函数读取视频。
v = VideoReader('test_video.avi');
numFrames = v.NumberOfFrames;
frameHeight = v.Height;
frameWidth = v.Width;
2、初始化
为每个像素创建codebook,使用一个cell数组存储所有的codebook。需要设置三个参数:最大元素数量maxEntries(一般为等于3)、颜色距离阈值minMod和时间阈值lifetime。其中,maxEntries表示每个像素最多存储的codebook数量,如果超过该数量,则将对应的codebook删除,颜色距离阈值表示当前像素与codebook之间的颜色距离,如果超过该距离,则认为该像素为前景。时间阈值表示如果当前帧与codebook中颜色出现的时间差大于该值,则认为该codebook失效,需要重新创建一个新的codebook。
maxEntries = 3;
minMod = 23;
lifetime = 8;
codebook = cell(frameHeight, frameWidth);
for i = 1 : frameHeight
for j = 1 : frameWidth
codebook{i,j}.maxEntries = maxEntries;
codebook{i,j}.minMod = minMod;
codebook{i,j}.lifetime = lifetime;
codebook{i,j}.numEntries = 0;
codebook{i,j}.entries = [];
end
end
3、添加样本
按照视频帧的顺序读取每一帧,对于每个像素,判断其颜色是否在当前codebook中,如果是,则更新codebook,否则添加一个新的codebook。
for k = 1 : numFrames
fprintf('%d/%d\n', k, numFrames);
frame = read(v, k);
for i = 1 : frameHeight
for j = 1 : frameWidth
% 添加新的样本
color = double(squeeze(frame(i, j, :)))';
isNew = 1;
for c = 1 : codebook{i,j}.numEntries
modDist = norm(abs(codebook{i,j}.entries(:,c) - color));
if modDist <= codebook{i,j}.minMod
codebook{i,j}.entries(1,c) = codebook{i,j}.entries(1,c)...
+ round(color(1) - codebook{i,j}.entries(1,c)) / (codebook{i,j}.entries(3,c) + 1);
codebook{i,j}.entries(2,c) = codebook{i,j}.entries(2,c)...
+ round(color(2) - codebook{i,j}.entries(2,c)) / (codebook{i,j}.entries(3,c) + 1);
codebook{i,j}.entries(3,c) = codebook{i,j}.entries(3,c) + 1;
codebook{i,j}.entries(4,c) = k;
isNew = 0;
break;
end
end
% 添加新的codebook
if isNew == 1
if codebook{i,j}.numEntries < codebook{i,j}.maxEntries
codebook{i,j}.numEntries = codebook{i,j}.numEntries + 1;
newEntry = [color, 1, k];
codebook{i,j}.entries = cat(2 , codebook{i,j}.entries, newEntry);
else
oldestEntry = 1;
for c = 2 : codebook{i,j}.maxEntries
if codebook{i,j}.entries(4,c) < codebook{i,j}.entries(4,oldestEntry)
oldestEntry = c;
end
end
codebook{i,j}.entries(:,oldestEntry) = [color, 1, k];
end
end
end
end
end
4、检测前景
对于每个像素,在当前codebook中查找最小的时间值和最小的模型距离。如果模型距离超过阈值,则认为该像素为前景。
foreground = zeros(frameHeight, frameWidth, numFrames);
for k = 1 : numFrames
fprintf('%d/%d\n', k, numFrames);
frame = read(v, k);
for i = 1 : frameHeight
for j = 1 : frameWidth
minMod = Inf;
minAge = Inf;
for c = 1 : codebook{i,j}.numEntries
modDist = norm(abs(codebook{i,j}.entries(1:3,c) - double(squeeze(frame(i, j, :)))'));
if modDist < minMod
minMod = modDist;
end
age = k - codebook{i,j}.entries(4,c);
if age < minAge
minAge = age;
end
end
if minMod > codebook{i,j}.minMod || minAge > codebook{i,j}.lifetime
foreground(i, j, k) = 1;
end
end
end
end
5、可视化结果
使用imshow函数显示原始帧和前景掩码。
for k = 1 : numFrames
frame = read(v, k);
subplot(1, 2, 1); imshow(frame);
subplot(1, 2, 2); imshow(squeeze(foreground(:, :, k)));
pause(0.1);
end
本文详细介绍了如何使用MATLAB实现Codebook算法进行视频背景建模,根据上述的步骤实现了一个简单的视频前景检测器。Codebook算法在实际应用中有着广泛的应用,随着人工智能技术的进一步发展,这种基于聚类的自适应背景模型算法也会变得更加高效和准确。
本文链接:http://task.lmcjl.com/news/11330.html