科技信息 ○科教前沿○ SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2008 年 第 6 期 改进的 HIS 阴影去除算法研究及实现 ( 1.华北科技学院电子与信息工程系 中国 北京 101601; 2.同济大学电子与信息工程学院 中国 上海 201804) 郭 昉 1, 2 【摘 要】在智能交通视频监控系统中, 户外环境下目标物体阴影的存在会导致许多问题。为此, 本文提出了一种基于颜色特征的车影去除 改进方法, 通过比较阴影存在前后的场景点在 HSI 空间中亮度畸变和色度、饱和度畸变的夹角的分布规律, 达到检测和去除车辆阴影的目的并 通过 DSP 系统实现。仿真结果表明本算法速度快, 可信度高, 明显降低了阴影对交通监控中目标检测的影响, 并提高了算法的通用性。 【关键词】交通监控; 阴影去除; HSI 色彩空间 DM642 【Abstract】Shadow detection and removal is an important task when dealing with outdoor images. Moving shadows can affect the correct localization, measurements and detection of moving objects. Furthermore, separate objects can be connected through shadows. Both will greatly confuse object recognition systems. This paper aims to present an effective technique for shadow detection and removal based on HSI color space. The major novelty of the shadow removal method is the analysis carried out in HSI color space to improve the accuracy in detecting shadows, and realization. The principles and integration of the shadow detection technique are described and experimental results are shown and discussed. 【Key words】Traffic surveillance, Shadow removal, HSI color space DM642 1.引言 基 于 图 像 的 车 辆 识 别 系 统 是 现 代 城 市 交 通 管 理 中 不 可 缺 少 的 强 有力的工具 , 但 视 频 图 像 受 光 源 的 影 响 较 大, 当 光 源 在 入 射 方 向 上 受 到不透明物体的遮挡时, 会产生阴影。在车辆识别系统中, 阴影与汽车 粘连而被当作汽车的一部分, 而影响汽车的长度、宽度等形状参数, 严 重影响车辆的正确识别力。因此将汽车与它的阴影在图像中分离开已 经成为车辆识别系统中必须要解决的问题。目前为止已有大量的文献 对 车 辆 阴 影 去 除 进 行 了 研 究.本 文 验 证 了 文 献[1]算 法 在 HSI( HSV 为 HSI 的变形[2]) 色彩空间的可行性, 并在此基础上提出了改进算法 。 并 用 DSP 实现, 取得了良好的处理效果。 2.基于 HIS 色彩空间的阴影去除算法 2.1 经典的基于 HIS 色彩空间的阴影去除算法 把文献[1]的方法 映射到 HSI 色彩空间, 单纯的考虑对图中一点的 H、S、I 三个分量定义 了一系列固 定 的 参 数, 这 种 经 典 方 法 中 的 问 题 是 阈 值 个 数 过 多, 而 且 都是固定阈值, 缺乏灵活性, 无法适应背景的变化产生的影响。如图 1 所示, 如在背景色分别是 A、B 的不同背景下的车辆 的 阴 影 将 不 可 以 同时被去除。因为他们的参数最多只适合于其中一种情况。 2.2 算法改进 本算法原理如图 1 所示, 设 A、B 点 分 别 为 不 同 图 像中的 背 景 点, 其 色 调(H 分 量)、饱 和 度(S 分 量)和 亮 度(I 分 量)分 别 如 图 1 所示。如图 1( a) 所示, 若背景点 A 点被阴影覆盖, 即在当前图像 中 变 为 车 辆 阴 影 中 的 点 A’时 , 则 发 生 较 大 改 变 的 是 该 点 的 亮 度(I 分 量), 而色调(H 分量)与饱和度(S 分 量)的 改 变 较 小, 在 色 度 与 饱 和 度 平 面 上 A 点 与 A’点 的 夹 角 也 较 小 ; 若 背 景 点 A 点 被 车 辆 点 遮 盖 , 即 在 当 前 图 像 中 变 为 车 辆 中 的 一 点 C 点 , 则 亮 度(I 分 量)、色 调(H 分 量)与 饱 和 度(S 分 量)均 发 生 较 大 的 变 化, 在 色 度 与 饱 和 度 平 面 上 A 点 与 C 点的夹角 αa 较大。同理在图 1( b) 中可以发现如果在 B 背景中, 若背景 点 B 点被阴影覆盖, 即在当前图像中变为车辆阴影中的 B’点时, 在色 度与饱和度平面 上 B 点 与 B’点 的 夹 角 较 小; 若 背 景 点 B 点 被 车 辆 点 遮盖, 即在当前图像中变为车 辆 中 的 一 点 C 点 时, 在 色 度 与 饱 和 度 平 面上 B 点与 C 点的夹角 αb 较大。利用这一特性, 可以找到一个较好的 阈值, 来分离车辆与阴影。 (a)A 点为背景时的情况 (b)B 点为背景时的情况 图 1 阴影点和物体点在 HSI 空间的投影 3.基于 DSP 的阴影去除算法实现 3.1 芯 片 介 绍 选 择 了 TI 的 TMS320DM642 芯 片 [3], 它 是 TI 公 司 最新推出的一款针对视频和图像处理领域的 DSP, 在 C64x DSP[4]核 的 基础上, 又增加了很多外围设备和接口。能够实现 DSP 到视频芯片之 间的无缝链接。DM642 EVM 是 TI 公司开发的以 DM642 为核心的, 专 门面向多媒体应用的仿真平台, 它包括上一节设计的硬件结构中所有 的模块。因此, 最终选择 DM642 EVM 作为本文硬件实现的平台, 来验 证软件系统的可行性。 3.2 程序移植和优化 当在 PC 机上验证算法正确性以后, 需要将 代码移植到 DSP 嵌入式环境中。虽然两者都支持 C 语言环境, 但是由 于两个系统 在 硬 件 上 差 异 很 大, 所 以 不 能 简 单 的 拷 贝 代 码, 需 要 注 意 两者 long 型数据长度不一。 由于 DSP 的 C 语言编译器不可能将 DSP CPU 的功能发挥完美和 DSP Cache Miss 的等瓶颈问题, 当基于 C 语言的系统在 DSP 上面移植 完成, 并且结果正确以后, 需要研究人员大量的优化工作。其中代码的 优化方法一般有如下几种: (1)循环展开 循环展开是在程序里把小循环的迭代展开, 使得可 能并行的指令数增加, 从而可以改进 CPU 流水线的编排。由于流水编 排的性能受到可以并行执行的资源的限制, 当循环中每次执行的操作 未充分使用 C64x 的所有资源时, 可以利用循环展开使每次循环能够 充分利用 CPU 资源通过循环展开, 减少循环次数, 来提高运行速度。 (2)循环拆分 当程序循环嵌套复杂时, 编译器往往不能输出最佳 汇编代码。循环差分是减少 for 循环中程序的复杂度, 给 C 语言编译器 提供一个比较简单的代码, 让其能将 C 代码充分流水化。 (3)C 语 言 的 其 他 优 化 技 术 C 语 言 常 用 的 其 他 优 化 技 术 有 数 据 打包、内联函数(inline function)、intrinsic 函数等。数据打包是指充分利 用 DSP CPU 数据总线宽度。内联函数是指在一般 C 语言函数前面加 上 inline 关 键 字 修 饰, 比 较 适 用 于 代 码 短 小 的 函 数 , 编 译 器 将 该 函 数 在调用处直接展开, 减少了函数调用时间。 3.3 实验结果 通过系统采集, 系统将道路情况真实、清晰的显示 在显示窗口上, 同时将信息存储在相关内存中。系统采( 下转第 8 页) 15 

科技信息 ○本刊重稿○ SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2008 年 第 6 期 显示,在课余时间主要从事学习活动的学生占 31%;参加社团活动的只 占 9%。调查还显示:对院、系组织学术报告“从不参加”的占 6%。对于 图 书 资 料 从 未 查 阅 、不 知 怎 麽 查 阅 的 占 13%,说 明 我 们 对 学 生 全 面 素 质发展要提出一定 要 求,不 能 只 培 养 读 死 书 、死 读 书 的 学 生,这 样 培 养 不出创新人才。还要注重学生的学习能力的培养,他们不该只 会 看 课 本知识,而且会主 动 查 找 、探 询 课 本 外 的 知 识,还 须 有 涉 猎 其 它 知 识 的 兴趣和能力。 4.注 重 学 生 的 身 体 和 心 理 健 康,多 关 心 学 生 的 心 理 问 题 。 调 查 显 示,26%的学生“几乎没有参加体 育 锻 炼 ”。 睡 眠 状 况 调 查 显 示:15%的 学生“难以入睡”“经常彻夜难眠”。心理状况自我评价调查显示:14%的 学生“压力沉重有时烦躁”,17%的学生“信心不足心情郁闷”,两项合计 31%,表明有心理问题的学生并不少。由于工科学习紧张,再加上学习 上遇到的困 难 或 个 人 生 活 方 面 的 问 题 不 能 及 时 排 解 导 致 学 生 产 生 心 理问题。建议随着学校学生增加,专职心理人员也应增加。校心理咨询 中心人员应分工负责与各学院联系, 相互配合, 深入开展心理教育活 动。 5.要充分认识学风建设的重要性和紧迫性, 着力营造 良 好 的 育 人 环境 学 风 建 设 是 一 项 长 期 而 复 杂 的 系 统 工 程 , 是 高 校 一 项 基 础 工 作。我们必须面对如何充分利用现有资源发展壮大自己高教实力, 同 时如何发挥自己的优 势, 提 高 办 学 水 平, 以 培 养 高 素 质 、高 质 量 、国 际 化人才, 以提高我们的办学竞争能力和办学质量。这对高校的学风建 设提出了更高的要求。其次, 现代信息技术的发展和互联网的普及, 给 学生带来学习快 捷 、方 便 和 丰 富 的 学 习 资 料, 拓 展 了 学 习 的 空 间 和 渠 道, 同时也带来 了 许 多 不 利 于 学 风 建 设 的 负 面 影 响, 如 使 许 多 学 生 迷 恋上网聊天、打游戏 、网 恋 导 致 时 光 浪 费 、意 志 消 磨 等 , 这 为 高 校 学 风 建设提出了新的挑战。因此, 要建设良好的学风, 必须建设健康向上的 校园文化, 着力 营 造 良 好 的 环 境, 不 仅 要 重 视 校 园 硬 件 环 境 的 建 设 与 改善, 更要注重软环境的改善, 让学生在潜移默化中受到教育和影响, 使学生把建设优良学风都变成自己的自觉行为。我们建设良好学风, 要从高校发展的内在要求和根本需要出发, 长期不懈, 坚持抓实抓好。 学校要有学风建 设 的 长 期 、中 期 和 近 期 目 标, 要 有 高 效 的 学 风 建 设 指 导委员会, 为学 风 建 设 提 供 良 好 的 条 件, 抓 学 风 建 设 的 措 施 一 定 要 落 实才会使学风建设有成效。 通 过 这 次 QC 小 组 的 活 动 , 运 用 科 学 的 分 析 方 法 , 对 调 研 所 发 现 的问题上报到学 生 处, 在 学 生 处 以 及 学 生 辅 导 员 的 帮 助 下, 学 生 期 末 考试的合格率, 由之前的 54%提高到 71.4%, 活动前后有显著差异。可 见本次 QC 小组活动获得圆满成功。 科 ● 【参考文献】 [ 1] 邢文英.《QC 小组活动指南》中国社会出版社. [ 2] 董文尧.《质量管理学》清华大学出版社. [ 3] 宋明顺.《质量管理学》科学出版社. [ 4] 冯义荣.《对高职院校培养高技能人才的思考》[J].中国高等教育.2004 年第 11 期: 37. [ 5] 中共西南交通大学委员会.《以人为本 学生第一 — 新时期高等学校办学理 念的探索与实践》[J].中国高等教育.2004 年第 9 期: 18- 19. [ 6] 卢丽君.《高等院校管理求变》[N]: 中国教育报.2004.5.18.第 1 版. ※基金项目: 本课题得到上海城市管理学院青年科研基金资助。 [ 责任编辑: 翟成梁] ( 上接第 10 页) 学报, 2007, 第 29 卷: 27- 29. [ 2] 杜学元, 黄艾丽.试论教师的“言德”[J].职业圈, 2007, 第 19 期: 187- 188. [ 3] 武晓红. 构建可持续发展师资队伍是提高教学质量的保障 [J]. 科技教育, 2007, 第 10 期:136- 137. ● 以及智能控制方面的研究。 ※ 课 题 项 目 : 本 课 题 得 到 西 安 文 理 学 院 专 项 科 研 资 金 资 助 ( KY200522) 。 作 者 简 介: 王 军 琴( 1978—) , 女, 陕 西 合 阳 人, 硕 士, 讲 师, 主 要 从 事 计 算 机 [ 责任编辑: 张艳芳] ● 4.总结和展望 本文利用 TMS320DM642EVM 的嵌入式 平 台, 实 现 简 单 的 图 像 采 集和显示硬件系统; 将 PC 上实现的基于 HIS 色彩空间的阴影去除算 法移植到 该 硬 件 平 台 中, 利 用 各 种 代 码 优 化 技 术, 使 算 法 能 在 嵌 入 式 平台上快速而准确地完成。在以后的工作中将着重对阴影去除算法的 自适应性和实时性两个方面进行研究。 科 ● 【参考文献】 [ 1] Rita Cucchiara, Costantino Grana, Massino Priccardi, et al, Improving shadow suppression in moving object detection with HSV color information [J], The IEEE Intelligent Transportation Systems Conference Proceedings, 2001:334- 338. [ 2] 林 开 颜 , 吴 军 辉 , 徐 立 鸿 , 彩 色 图 像 分 割 方 法 综 述[J], 中 国 图 形 图 像 学 报 , 2005, 10(7):1- 10. [ 3] Texas Instruments. SPRS200F, TMS320DM642 Video/Imaging Fixed - Point Digital Signal Processor Data Manual[S]. 2004. [ 4] Texas Instruments. SPRU395A, TMS320C64x Technical Overview[S]. 2000. [ 责任编辑: 张艳芳] ( 上接第 15 页) 集的 原 图 如 图 2 所 示: 通 过 本 算 法 的 处 理 可 以 将 车 辆 区域和阴影区域分开, 并将车辆区域框选出来, 完全符合设计要求。阴 影去除效果图如图 3 所示: 图 2 采集的原图 图 3 阴影去除效果图 8