Ўзбекистон республикаси ахборот технологиялари ва коммуникацияларини ривожлантириш вазирлиги муҳаммад ал-хоразмий номидаги

 
РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ 
МЕТОДА ВЫЧИТАНИЯ ФОНА
 
Рахманов Х.Э. (ТУИТ, старший научный сотрудник-соискатель) 
 
При обработки видеоизображений появляется возможность отделить движущиеся 
объекты от неподвижных. Для систем мониторинга движущиеся объекты представляют 
особый интерес. При этом всю совокупность неподвижный объектов называют фоном 
или задним планом, а движущиеся объекты называют переднеплановыми. Задача 
выделения фона является довольно не простой, поскольку на изображениях, 
получающихся в реальной видеосъемке, отсутствуют абсолютно не изменяющиеся 
фрагменты. Это связано как со свойствами реальных камер, которые обладают довольно 
заметными собственными шумами, и от передачи видеоинформации от камеры к системе 
обработки, в котором изображение перед пересылкой часто сжимается, а потом 
декодируется, это может привести к дополнительным искажениям сигнала. Также, на 
сцене часто присутствуют объекты, которые хоть и являются в нашем понимании 
неподвижными, однако обладают определенными динамическими характеристиками 
такие как, деревья, качающиеся на ветру. Учет перечисленных факторов при выделении 
фона приводит к необходимости разработки довольно гибкой системы, которая как 
формирует модель заднего плана. 
При построении модели заднего плана следует учитывать свойства объектов, 
которые могут присутствовать на видеоизображении. Обнаружение движущихся 
объектов, или иначе выделение переднего плана, является самым важным элементом 
системы мониторинга. От того, насколько аккуратно и корректно выделены движущиеся 
объекты, зависят все последующие этапы. 
Метод вычитание фона – это наиболее широко распространенный в настоящее 
время подход к обнаружению движущихся объектов в видеоизображениях. Суть метода 
заключается попиксельном сравнении текущего кадра с шаблонным, который обычно 
называют моделью фона. Для каждого кадра видеопоследовательности необходимо 
построить двоичную маску изображения, в которой значение 1 соответствует переднему 
плану, а 0 – фону[1]. 
Простейший алгоритм вычитание фона заключается в вычислении для каждого 
пикселя абсолютного значения разности сохраненного первого кадра 
 
y
x
B ,
видеопоследовательности и текущего кадра 
 
y
x
I
,
. Полученное значение сравнивается с 
порогом 

. 
   



y
x
I
y
x
B
,
,
,
M
y
N
x
,
,
1
,
,
,
1




. (1) 
Здесь 
N
и 
M
- соответственно ширина и высота изображения. Если данное неравенство 
выполняется, то пиксель 
)
,
(
y
x
считается переднеплановым, иначе – фоновым. Для 
устранения шума можно обновлять задний план с помощью фильтра с бесконечным 
импульсным откликом[2]. 

---

355 
А 
Б 
В 
Г 
Рисунок. 1. Пример обработки изображения с помощью вычитания фона. А – исходное 
изображение, Б – двоичная маска, В – модель фона, Г – выделенный передний план 


t
t
t
B
I
B






1
1
, 
(2) 
где индекс 
t
обозначает номер кадра, а 

обычно лежит в пределах от 0,05 до 0,15. 
Также можно использовать другие сложные фильтры. Например, пиксели, относящиеся к 
фоновому изображению, определять из следующего соотношения. 







n
j
j
t
i
t
n
t
t
y
x
I
y
x
I
y
x
B
0
,
,
0
)
,
(
)
,
(
min
arg
)
,
(

.
(3) 
Для этого подхода требуется увеличение необходимых вычислительных ресурсов, так как 
приходится хранить информацию из 
n
предыдущих кадров. 
Вместо неравенство (1) также можно применить следующее неравенство. 






)
,
(
)
,
(
y
x
I
y
x
B
t
t
, 
(4) 
где 

и 

- среднее значение и стандартное отклонение величины 
)
,
(
)
,
(
y
x
I
y
x
B
t
t

.
Для усиления контрастности в темных областях, такие как тени, можно применить 
(5) относительная разница фона и текущего изображения[3]. 



)
,
(
)
,
(
)
,
(
y
x
B
y
x
I
y
x
B
t
t
t
,
(5) 
Тем не менее, данная модификация алгоритма не будет работать, например, для 
изображений, полученных в густом тумане[1,4]. 
Достоинством указанных алгоритмов является простата их реализации. Главным 
недостатком методов вычитания фона является возможная классификация фоновых 
пикселей как переднеплановых. Это может происходить, например, для листьев деревьев, 

---

356 
колышущихся на ветру, падающих снега и дождя, теней, отбрасываемых движущимися 
объектами. Методы вычитание фона в своей простейшей реализации представляют 
достаточно высокие требования к ресурсам вычислительной системы.