摘 要： 物體在不同介質(zhì)中的運動軌跡受到介質(zhì)的粘度,、比重的影響,，將物體的運行軌跡從圖片中提取出來，有助于分析物體在不同介質(zhì)中的運動規(guī)律,。本文中動態(tài)視頻轉(zhuǎn)換成靜態(tài)bmp圖片序列,，采用差影法針對bmp圖片進行處理，再將處理后的系列bmp圖片進行整合,，得到物體的運行軌跡,，呈現(xiàn)出物體運行軌跡曲線。結(jié)果表明差影法對物體運動軌跡的模擬可靠有效,。

　　關(guān)鍵詞： 數(shù)字圖像處理,；運動軌跡差影法；bmp圖片

0 引言

　　數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程[1],。圖像是人類獲取和交換信息的主要來源,，因此，圖像處理的應(yīng)用具有重要作用,。本文基于差影法獲取物體運動軌跡,。運動軌跡是最重要的物體運動信息之一，通過運動軌跡可以很好地分析物體的運動規(guī)律,，還可以計算出其他的運動信息,，如速度、加速度[2],。使用差影法獲取物體運動軌跡,，方法簡單，思路清晰,，追蹤運動物體軌跡的過程清晰明了,，并且具有很高的魯棒性和處理速度。

1 差影法的原理

　　差影法在動態(tài)檢測與識別技術(shù),、血管造影技術(shù)及印刷線路板掩模缺陷的診斷等技術(shù)中都有應(yīng)用,利用差影法可以檢測同一場景中兩幅圖像間的差異[3],。差影法本質(zhì)就是對圖像進行代數(shù)運算，即對兩幅圖片中對應(yīng)坐標位置的運算,。本文的操作使用了圖像相減的做法,，即對于同一場景的兩幅圖，圖像的背景是大致相同的,，當兩幅圖進行相減時,，相同位置的背景因為灰度值相同，使得像素值變?yōu)?,，而目標物體因為位置不同,，所以相減后值不為0，處理后的圖像就只有兩個目標物體的位置有像素點,，背景因而變?yōu)楹谏?。可以?jù)此得出物體的軌跡,。其中輸入圖像為A(X,Y)和B(X,Y),輸出圖像為C(X,Y),滿足公式C(X,Y)=A(X,Y)±B(X,Y)[4],。使用差影法將兩幅圖像相減所得結(jié)果如圖1、圖2和圖3所示,。

2 bmp圖片文件格式

　　bmp圖片文件由文件頭,、位圖信息頭、顏色信息和圖形數(shù)據(jù)四部分組成[5],。文件頭主要包含文件的大小,、文件類型、圖像數(shù)據(jù)偏離文件頭的長度等信息,；位圖信息頭包含圖像的尺寸信息,、圖像用幾個比特數(shù)值來表示一個像素,、圖像是否壓縮、圖像所用的顏色數(shù)等信息,。顏色信息包含圖像所用到的顏色表,，顯示圖像時需用到這個顏色表來進行調(diào)色。文件中的數(shù)據(jù)塊表示圖像的相應(yīng)的像素值,。bmp文件中位圖數(shù)據(jù)是以連續(xù)行的形式存儲的[6],。具體格式如圖4所示。

　　其中,，顏色表的大小由位圖信息頭中的位深度決定,，當位深度是1、4,、8時,，分別有2、16,、256個顏色表項,，當位深度是24時，圖像為真彩色,，圖像中每個像素的顏色用3個字節(jié)表示,，分別對應(yīng)R、G,、B值,，圖像文件沒有顏色表項。

　　位圖各部分詳細內(nèi)容如下：

　　文件頭：

　　typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

　　WORD bfType; //位圖文件類型

　　DWORD bfSize; //位圖文件的大小

　　WORD bfReserved1; //位圖文件保留字1

　　WORD bfReserved2; //位圖文件保留字2

　　DWORD bfOffBits; //位圖數(shù)據(jù)部分相

　　//對于文件頭的偏移量

　　} BITMAPFILEHEADER,

　　FAR *LPBITMAPFILEHEADER,

　　*PBITMAPFILEHEADER;

　　信息頭:

　　typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{

　　DWORD biSize; //該結(jié)構(gòu)所占字節(jié)數(shù)

　　LONG biWidth; //位圖寬度

　　LONG biHeight; //位圖高度

　　WORD biPlanes; //目標設(shè)備平面數(shù)目

　　WORD biBitCount; //位深度

　　DWORD biCompression; //壓縮類型

　　DWORD biSizeImage; //位圖數(shù)據(jù)大小

　　LONG biXPelsPerMeter; //水平分辨率

　　LONG biYPelsPerMeter; //垂直分辨率

　　DWORD biClrUsed; //使用的顏色表項數(shù)

　　DWORD biClrImportant;

　　} BITMAPINFOHEADER,

　　FAR *LPBITMAPINFOHEADER,

　　*PBITMAPINFOHEADER;

　　顏色表(RGB值)：

　　typedef struct tagRGBQUAD {

　　BYTE rgbBlue;

　　BYTE rgbGreen;

　　BYTE rgbRed;

　　BYTE rgbReserved;

　　} RGBQUAD;

　　其中顏色表和位圖信息頭組成位圖信息：

　　typedef struct tagBITMAPINFO {

　　BITMAPINFOHEADER bmiHeader;

　　RGBQUAD bmiColors[1];

　　} BITMAPINFO, FAR *LPBITMAPINFO,

　　*PBITMAPINFO;

3 視頻處理流程

　　使用差影法,，讓兩幅圖片中不同的地方突顯出來,，以實現(xiàn)追蹤物體運動軌跡的目的[7]，處理流程如圖5所示,。首先將視頻轉(zhuǎn)換為幀序列,，然后加載一幅圖片作為背景，再將目標圖片加載到內(nèi)存,，進行差影法處理,，處理后若該圖片不是最后一幀則保存差影后的結(jié)果為新的背景，繼續(xù)操作,，直至最后一幀圖片（注：使用AVI格式視頻,，幀序列中的圖片格式是bmp）。

4 差影法處理視頻

　　使用的開發(fā)工具是Visual Studio2010,，開發(fā)語言為C++,，使用類庫MFC、Opencv2。

　　4.1 視頻轉(zhuǎn)換為幀序列

　　使用Opencv2來實現(xiàn)avi視頻轉(zhuǎn)換為bmp格式圖片序列,。

　　使用cvCaptureFromFile(CString)函數(shù)來捕獲視頻中的每一幀,。主要代碼如下:

　　CvCapture *cap= cvCaptureFromFile(vedioName);

　　if (cap==NULL)

　　{

　　MessageBox("失敗，請確認視頻格式是avi !!");

　　EndWaitCursor();

　　}

　　char fileName[300]; //文件名

　　char* format=".bmp"; //圖片格式

　　char* fileBag="d:\\testPics\\";

　　IplImage* pImg=NULL;

　　int frame=0;

　　//捕獲每一幀圖片

　　while((pImg=cvQueryFrame(cap))!=NULL) {

　　frame++;

　　strcpy(lastName,"");

　　sprintf(lastName,"%s%d%s",fileBag,frame,format);

　　//保存捕獲的幀

　　cvSaveImage(fileName,pImg,NULL);

　　}

　　4.2 圖片的加載

　　要處理圖片必須將其加載到內(nèi)存,，然后才能做相應(yīng)的處理,。本系統(tǒng)使用MFC中的CFile類，通過CFile的Read函數(shù)將圖片讀入[8],。主要代碼如下:

　　CFile file;

　　//用一定模式打開文件

　　if(!file.Open(pathName,CFile::modeRead)) return FALSE;

　　DWORD fileLength;

　　fileLength = file.GetLength();

　　char *m_pBMPBuffer = new char[fileLength + 1];

　　if(!m_pBMPBuffer)

　　return FALSE;

　　if(file.Read(m_pBMPBuffer,fileLength)!=m_nFileLen)

　　//從文件中讀入指定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)

　　return FALSE;

　　file.Close();

　　4.3 使用差影法處理圖片

　　通過分析bmp文件的格式，可以分別獲取到圖片的文件頭,、信息頭,、顏色表、像素數(shù)據(jù),。由于對同一視頻獲取的幀序列而言,，它們的文件頭、信息頭和顏色表都是一致的,，故僅處理像素數(shù)據(jù)部分,，處理后，再利用原來圖片的文件頭,、信息頭和顏色表等信息,，拼湊出一個新的bmp圖片文件。主要代碼如下:

　　BITMAPINFOHEADER &bmiHeader_old=

　　*(LPBITMAPINFOHEADER)hDIB_Old ;

　　BITMAPINFO &bmInfo_old=

　　*(LPBITMAPINFO)hDIB_Old ;

　　unsigned char pixelValue1,pixelValue2;

　　LPSTR lpDst;

　　LPSTR lpYuan,lpBack;

　　LONG i,j;

　　for (i=0;i<bmHeight;i++) //對比每一個像素

　　{

　　for(j=0;j <perLineBytes;j++)

　　{

　　lpYuan=(char*)hDIB_Old_Data +

　　perLineBytes * i + j;

　　lpBack=(char *)hDIB_Template_Data + perLineBytes

　　* i + j;

　　lpDst = (char *)m_newBMPDATA + perLineBytes * i

　　+ j;

　　pixelValue1= (unsigned char)* lpYuan;

　　pixelValue2= (unsigned char)* lpBack;

　　*lpDst=(pixelValue1-pixelValue2)<0?abs(pixelValue-

　　pixelValue2) : (pixelValue1- pixelValue2);

　　}

　　}

　　CClientDC dc(this);

　　CreateDIBitmap(dc.m_hDC,&bmiHeader_old,CBM_INIT,m_

　　newBMPDATA,&bmInfo_old,DIB_RGB_COLORS);

　　//創(chuàng)建位圖

5 結(jié)果分析

　　針對圖6和圖7中的兩幀圖像使用差影法處理,，得到如圖8所示結(jié)果,。由圖8可以看出，差影法對求物體運動軌跡是可行的,，并且處理后的結(jié)果清晰,，可以準確地辨別出目標物體。

　　通過差影法的循環(huán)使用,，得到目標物體的運動軌跡如圖9所示,。由圖9看出，軌跡清晰明了,，目標物體的輪廓明顯,，而且處理后的結(jié)果并無模糊現(xiàn)象[9]。驗證了差影法模擬運動軌跡的可行性和可靠性,。

6 結(jié)論

　　基于差影法來獲取物體運動軌跡是可行的,，并取得了良好的實驗結(jié)果，達到了預期目的,。文中對獲取物體運動軌跡進行了一些研究,，仍有以下內(nèi)容需要進一步研究：

　　(1)文中使用的視頻格式為AVI，圖片的格式為bmp，可以基于本研究,，推廣到其他視頻格式和圖片格式的應(yīng)用,。

　　(2)可以結(jié)合實際問題來分析運動物體的軌跡，如交通運輸,、實時監(jiān)控,、行為分析等領(lǐng)域，使系統(tǒng)的可用性更強,。

參考文獻

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