科ｊ技ｌ论ｌ坛 科 张伟 基于模糊分类的视频对象分割 初广丽（白城师范学院，吉林白城１３７０００） 摘要：本文提出了一种基于模糊分类的视频对象分割算法，确定了运动变化区域和相对噪声区域的隶属度函数，在确立的模糊分类准则函数 的基础上通过寻优计算得到最佳划分，从而检测出运动变化区域，并结合当前帧的边界特征生成视频对象。 关键词：模糊分类；视频对象；隶属度函数 ｌ概述 在不同的隶属度定义方法下最小化（３）式 提 取 视频对象分割是指把图像序列或视频按 所示的聚类损失函数，就得到不同的模糊聚类 视 定的标准分割成区域，目的是为了从视频中 方法。其中，最有代表性的是模糊ｃ均值分类 频 对 分离出有一定语义的实体。这种有语义的实体 算法，它要求观察样本空间中的每个样本对各 在数字视频中称为视频对象面ＶＯＰ（Ｖｉｄｅｏ 个类别的隶属度和为１，即： 网 象 迎 １Ｌ 分类一动变化ｒ ； 域Ｉ 鼻 Ｏｂｊｅｃｔ Ｐｌａｎｅ）。视频对象分割涉及对视频内容 ∑ ，（ｘ ）：ｌ ｆ＝ｉ，２，３… （４ 的分析和理解，这与人工智能、图像理解、模式 识别和神经网络等学科有密切联系。至今仍没 在以上条件下求（３）的极小值。令Ｊ对ｍｊ 有通用的有效方法去根本解决所有视频对象分 和 ㈨的偏导数为０，可得：割问题，视频对象分割被认为是一个具有挑战 三ｆ （ ）１一 性的难题，基于语义的分割则更加困难。 册 ∑［ ‘—■—＝ ＿＝＿ 。 ：ｌ， ．ｃ （、 ５） 由于目标运动的随机性，使得运动变化区 域不确定而具有模糊性，因此可采用模糊分类 的方法在差分图像中对运动变化区域和相对噪 一 ㈣ ∑（１ 一ｍ ｌｒ） 厶＿ 。ｃ 、 声区域进行划分，从而检测出运动变化区域。 ２算法描述 以上两式可由迭代方法得到。 在该算法中，采用（３）为准则函数。由于将 ２．１算法流程图（见图１） 本算法采用假定不存在由于摄像机运动 差分图像分为运动变化区域和相对噪声区域， 而引起的全局运动，如果存在该运动，可以通过 所以分类类别数目为２。 全局运动估计与补偿来消除由于摄像机运动而 设差分图像中灰度值ｉ（ｉ∈ｆ０． —ｌ１）出现的 带来的相邻帧之间的背景变化。 次数为ｈｉ，令ＣＭＲ和ｃｎ分别为差分图像中运 ２．２模糊划分 动变化区域和相对噪声区域的模糊聚类中心， 在运动目标可视条件下，差分图像中的运 则有 动变化区域内的像素具有灰度值相对较大的特 —鸯 ｒ：ｒ—————： 一 （、 ７） ∑ ｍ（ｆ）ｈ 点，而相对噪声区域的像素具有灰度值相对较 小的特点，因此我们可以选取灰度作为对差分 ∑ ． （ ）趣 图像中的运动变化区域和相对噪声区域进行划 ＝ ：ｒ—一 （８） ∑胁（Ｉ）＿ｈｉ 分的特征。此外，由于运动变化区域内的像素具 有灰度值相对较大的特点，而隶属度函数中的 令（３）中的 为２，可得到对差分图像中运 ｓ函数的特点是特征值较大的样本所对应的隶 动变化区域和相对噪声区域进行划分的准则函 属度较大，因此我们选择ｓ函数作为运动变化 数为：Ｊ 区域的隶属度函数；同理，选择ｚ函数作为相对 噪声区域的隶属度函数。 准则函数Ｊ是关于ａ，ｃ的函数，现在的任 令 ｍ ）表示差分图像中运动变化区域的 务是求使Ｊ达到最小值时ａ，ｃ的值，设 、ｃｍ 隶属度函数， 【ｊ）表示相对噪声区域的隶属度 可使Ｊ达到最小，则： ＜‰ ｃ一） ｎＪ（ａ ｃ） （１Ｏ） 函数。ｉ表示差分图像中的灰度值，ｉ∈社￡一习 则 一… 鬈 。）Ｉ—ｃ Ｉ 一 ｚ－；ｉ （。Ｐ—ｃ ｌ： （９） Ｏ ０ ｘ≤ “一曲 地ｉ∞，ＳＯ ｄ ｆ）－｛ 《ｎ，ｓ ，． ，｛ ： 。＝；ｉ 矗一 （ｚ－ｂＸｃ－ａ） １ ‘ ‘ ≤ ｓ 一≤ ￡一３ （ｊ）＝１一 （ｆ） 根据‰、 的值可以确定差分图像中运 动区域和相对噪声的隶属度函数，从而完成对 （１） 运动区域和相对噪声的模糊划分。当灰度值为 、 ｆ＝（盯…十ｃ…）／２时有 ｉ＝ ｏ一５，当 ＞ 。“）／２时ｉ隶属与运动区域的程度更 大，反之隶属于相对噪声区域的程度更大。设分 （２） 类门限为 一其中ｂ取ａ，ｃ的中点。 ｆ： ＋ｃ ），２ （１１） 模糊分类方法采用模糊Ｃ均值分类算法。 根据ｔ进行划分，大于ｔ的属于运动变化 设 ２一耐：ｌ是ｉ＇１个样本组成的样本空间， 区域，小于ｔ则属于噪声区域。从而将模糊分类 ｃ为预先确定的类类别数目，ｍ，（，＝ｉ，王＿ｃ）是每 的结果去模糊化，并检测出运动变化区域。即 ｆｍ扛． ａ（ｘ ｔ （１２） 类的聚类中心， （ｘｉＸｊ＝１，２…Ｃ）是第ｉ个样本 ‘ ’’’’ ｎ（ｘ ，） （ｘ．ｊ ） ｆ ｘ 对第ｉ类的隶属度函数。用隶属度函数定义 其中ｄ（ ＭＲ（ｘ，力，口一（ ，Ｊ’）分别为 的聚类损失函数可以表示为： Ｊ一主芝［ （ ． ・ — Ｉ （３） 差分图像，运动变化区域和相对噪声区域。 其中，为控制聚类结果模糊程度的常 ２－３提取视频对象边界 数。 采用Ｓｏｂｅｌ算子提取边缘。设第ｋ＋ｌ帧图 一一５一
