前景检测算法_2(帧差法1)

　　帧差法是背景减图法中的一种，只不过是帧差法不需要建模，因为它的背景模型就是上一帧的图，所以速度非常快，另外帧差法对缓慢变换的光照不是很敏感，所以其用途还是有的，有不少学者对其做出了出色的改进。

　　其基本原理可以用下面公式看出：

　　|i(t)-i(t-1)|<T             背景

　　|i(t)-i(t-1)|>=T           前景

　　其中i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值。

　　当然其缺点也不少，容易出现”双影”和”空洞”现象。

　　用opencv2.3.1+vs2010做了个简单的实验，其实验代码如下：

// frame_diff.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/core/core.hpp>

#define threshold_diff 20 //设置简单帧差法阈值

using namespace cv;
using namespace std;

int main(int argc,unsigned char* argv[])
{
    Mat img_src1,img_src2,img_dst,gray1,gray2,gray_diff;
    bool pause=false;

    VideoCapture vido_file("IndoorGTTest1.avi");//在这里改相应的文件名
    namedWindow("foreground",0);
    for (;;)
    {
        if(!pause)
        {
            vido_file >>img_src1;        //因为视频文件帧数已经固定了，所以每次到这句语句都是读取相邻的帧数，没到时间视频并不向前走
            cvtColor(img_src1,gray1,CV_BGR2GRAY);
            imshow("video_src",img_src1);//可以事先不用新建一个窗口
            waitKey(5);

            vido_file >>img_src2;
            cvtColor(img_src2,gray2,CV_BGR2GRAY);
            imshow("video_src",img_src2);//可以事先不用新建一个窗口

            waitKey(5);
            subtract(gray1,gray2,gray_diff);
            for(int i=0;i<gray_diff.rows;i++)
                for(int j=0;j<gray_diff.cols;j++)
                    if(abs(gray_diff.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff)//这里模板参数一定要用unsigned char，否则就一直报错
                        gray_diff.at<unsigned char>(i,j)=255;
                    else gray_diff.at<unsigned char>(i,j)=0;

            imshow("foreground",gray_diff);
        }
        char c=(char)waitKey(10);
        if (c==27)
        {
            break;    
        }
        if(c==' ')
            pause=!pause;
    }
    return 0;
}

　　　实验结果如下：

　　　　

　　可以看出其“双影”和”空洞”比较明显。双影是由于帧差法有2个影子，在该试验中就是轮廓变得很粗，”空洞”是由于物体内部颜色相近，检测不出来。当然帧差法还有个致命的缺点那就是阈值T需要人工设定。

　　对于帧差法的”双影”现象，有人提出来了三帧差法。其原理如下所示：

　　1. 由i(t)-i(t-1)得到前景图     F1

　　2. 由i(t+1)-i(t)得到前景图    F2

　　3.  F1 ∩ F2得到前景图     F3

　　4.  形态学处理

　　也就是利用2次相邻帧的差，然后去与操作，就得到了真正的那个影子了。

　　这个在一定程度上可以解决”双影”现象。

　　同样做了个简单的实验，代码如下：

// frame_3diff.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/core/core.hpp>

#define threshold_diff1 10 //设置简单帧差法阈值
#define threshold_diff2 10 //设置简单帧差法阈值

using namespace cv;
using namespace std;

int main(int argc,unsigned char* argv[])
{
    Mat img_src1,img_src2,img_src3;//3帧法需要3帧图片
    Mat img_dst,gray1,gray2,gray3;
    Mat gray_diff1,gray_diff2;//存储2次相减的图片
    Mat gray;//用来显示前景的
    bool pause=false;

    VideoCapture vido_file("IndoorGTTest1.avi");//在这里改相应的文件名
    namedWindow("foreground",0);
    for (;;)
    {
        if(!false)
        {
            vido_file >>img_src1;
            cvtColor(img_src1,gray1,CV_BGR2GRAY);
        
            waitKey(5);
            vido_file >>img_src2;
            cvtColor(img_src2,gray2,CV_BGR2GRAY);
            imshow("video_src",img_src2);//

            waitKey(5);
            vido_file >>img_src3;
            cvtColor(img_src3,gray3,CV_BGR2GRAY);

            subtract(gray2,gray1,gray_diff1);//第二帧减第一帧
            subtract(gray3,gray2,gray_diff2);//第三帧减第二帧

            for(int i=0;i<gray_diff1.rows;i++)
                for(int j=0;j<gray_diff1.cols;j++)
                {
                    if(abs(gray_diff1.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff1)//这里模板参数一定要用unsigned char，否则就一直报错
                        gray_diff1.at<unsigned char>(i,j)=255;            //第一次相减阈值处理
                    else gray_diff1.at<unsigned char>(i,j)=0;

                    if(abs(gray_diff2.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff2)//第二次相减阈值处理
                        gray_diff2.at<unsigned char>(i,j)=255;
                    else gray_diff2.at<unsigned char>(i,j)=0;
                }
            bitwise_and(gray_diff1,gray_diff2,gray);
            imshow("foreground",gray);
        }
        char c=(char)waitKey(10);
        if (c==27)
        {
            break;    
        }
        if(c==' ')
            pause=!pause;//为什么暂停不了？？
    }
    return 0;
}

　　　实验结果如下：

　　

　　可以看出，效果并没怎么变好，只是影子轮廓确实变细了，”空洞”现象也没有改善，当然这只是个简单的实验，也没有优化或改进，用的是最原始的思想，没有使用形态学做后期处理。