[发明专利]一种基于有限状态机的遗留物检测方法

权利要求书

1. 一种基于有限状态机的遗留物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立视频图像的高斯混合背景模型，根据不同学习速率分别建立短时背景模型和长时背景模型； 

步骤2：实时采集视频流，对于采集到的每一帧视频图像，依次进行以下处理：

201，根据步骤1建立的短时背景模型、长时背景模型分别提取该帧视频图像的前景图像，对于该帧视频图像中的每个像素进行分类，如果像素属于前景，则将其记为1，否则记为0，得到每个像素分别对应于长时背景模型和短时背景模型的二元分类结果（X,Y），作为有限状态机的输入字母表；其中X为像素在长时背景模型中的分类结果，Y为像素在短时背景模型中的分类结果，X=0或1，Y=0或1；

202，为每个像素建立一个有限状态机（I，Q，Z，δ，ω），将每个像素分别在长时背景模型和短时背景模型的二元分类结果作为有限状态机的输入I={（0,0）,（0,1）,（1,0）,（1,1）}，根据有限状态机的状态集Q及其状态转移函数δ得到每个像素当前帧对应的状态，Z={0,1，...，|Q|}是输出字母表，ω={0,1}是输出函数；

203，将每个像素当前帧对应状态机的状态号作为输出字母表进行分类映射：Z->ω，分类结果形成二值图像，对应这个图像值为1的像素属于遗留物； 

步骤3:对步骤2得到的二值图像进行联通区域分析，使用区域生长法得到遗留物的形状和轮廓，计算出包围遗留物的矩形盒；

步骤4：循环执行步骤2-3，对得到的遗留物矩形盒计时，当达到门限时即检测出遗留物并报警。

2. 根据权利要求1所述的一种基于有限状态机的遗留物检测方法，其特征在于，所述有限状态机由输入字母表、状态集、输出字母表、状态转移函数和输出函数构成，具体如下：

输入字母表：是长时背景模型和短时背景模型对像素分类结果构成的集{（0,0），（0,1），（1,0）（1,1）}，其中0表示背景，1表示前景；

状态集及其转移函数具体如下：

状态0-像素是背景；当输入是（0,0）时，状态保持不变；当输入是（1,1）时，转移至状态1；当输入是（0,1）时，转移至状态3；当输入是（1,0）时，转移至状态7；

状态1-像素是运动物体，当输入是（0,0）时，返回状态0；当输入是（0,1）时，转移至状态8；当输入为（1,0）时，转移至状态2；当输入为（1,1）时，状态保持不变；

状态2-像素属于一个物体，已经被短时背景模型吸收，还没被长时背景模型吸收，这个物体当前是短暂静止；当输入为（0,0）时，转移至状态4；当输入为（0,1）时，转移至状态3；当输入为（1,1）时，转移至状态6；当输入为（1,0）时，状态保持不变；

状态3-像素是刚被短暂静止的物体遮挡过的背景；当输入是（0,0）时，转移至状态0，将确定这是场景背景；当输入是（1,0）时，转移至状态2，说明像素是物体；当输入是（1,1）时，转移至状态6；当输入是（0,1）时，状态保持不变；

状态4-像素被两个背景模型吸收，是长时静止的物体；当输入是（1,1）时，转移至状态5；当输入是（1,0）时，转移至状态6；当输入是（0,1）时，转移至状态10；当输入是（0,0）时，状态保持不变；

状态5-不可区分，混沌状态；当输入为（1,1）时，状态保持不变；当输入为（0,0）时，转移至状态4；当输入为（1,0）或（0,1）时，转移至状态6；

状态6-定义一个使能函数f：通过记住这个像素最近未被物体遮挡时的像素值，与当前像素值比较，具体是将RGB空间的差值平方和后再开平方，得到像素值差值，差值在20以内的认为是背景，f值为1，反之是前景，f值为0；在输入相同的情况下，不同的使能函数值转移到不同状态；当输入为（0,1）且f=0时，转移至状态10；当输入为（0,1）且f=1时，转移至状态3；当输入为（1,0）且f=0时，转移至状态9；当输入为（1,0）且f=1时，转移至状态7；当输入为（0,0）且f=0时，转移至状态4；当输入为（0,0）且f=1时，转移至状态0；其它输入状态保持不变；

状态7-短时模型区分为背景，长时模型区分为前景，经验证为场景的背景像素；当输入是（0,0）时，转移至状态0，将确定这是场景背景；当输入是（0,1）时，转移至状态8；当输入是（1,1）时，转移至状态6；当输入是（1, 0）时，状态保持不变；

状态8-长时静止物体被拿开时，像素是场景背景像素；当输入是（0,0）时，转移至状态4，说明遗留物遮挡了另一遗留物；当输入为（1,1）时，转移至状态6；当输入是（1,0）时，转移至状态7；当输入是（0, 1）时，状态保持不变；

状态9-像素是一个短时静止物体遮挡一个长时静止物体；当输入为（0,0）时，转移至状态4，说明短时静止物体被移开，长时静止物体又被显示出来；当输入为（0,1）或（1,1）时，转移至状态6；当输入是（1,0）时，状态保持不变；

状态10-像素是短时静止物体遮挡一个长时静止物体后，拿开短时静止物体，像素当前是长时静止物体；当下一个输入是（0,0）时转移至状态4，将确定这是遗留物；当输入为（1,0）或（1,1）时，转移至状态6；当输入是（0, 1）时，状态保持不变；

输出字母表Z为{0,1，...，N}，即状态机的状态值，N为状态集中的状态个数；

输出函数将Z映射为{0,1}，其中{4}映射为{1}，Z中其余值映射为{0}；

将每帧像素状态机输出得到的二值图像，作为遗留物检测的依据。