改进的HSI阴影去除算法研究及实现

改进的ＨＩＳ阴影去除算法研究及实现

郭

（１．华北科技学院电子与信息工程系

中国

北京

昉１，２

中国

上海

１０１６０１；２．同济大学电子与信息工程学院２０１８０４）

为此，本文提出了一种基于颜色特征的车影去除摘要】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。【

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】Ｓｈａｄｏｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｖａｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔａｓｋｗｈｅｎｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｏｕｔｄｏｏｒｉｍａｇｅｓ．Ｍｏｖｉｎｇｓｈａｄｏｗｓｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔ

ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｓｅｐａｒａｔｅｏｂｊｅｃｔｓｃａｎｂｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｈａｄｏｗｓ．Ｂｏｔｈｗｉｌｌｇｒｅａｔｌｙｃｏｎｆｕｓｅｏｂｊｅｃｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｉｍｓｔｏｐｒｅｓｅｎｔａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｓｈａｄｏｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｖａｌｂａｓｅｄｏｎＨＳＩｃｏｌｏｒｓｐａｃｅ．ＴｈｅｍａｊｏｒｎｏｖｅｌｔｙｏｆｔｈｅｓｈａｄｏｗｒｅｍｏｖａｌｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＨＳＩｃｏｌｏｒｓｐａｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｈａｄｏｗｓ，ａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈａｄｏｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｓｈｏｗｎａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】Ｔｒａｆｆｉｃｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ，Ｓｈａｄｏｗｒｅｍｏｖａｌ，ＨＳＩｃｏｌｏｒｓｐａｃｅＤＭ６４２

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

在车辆识别系统中，阴影与汽车到不透明物体的遮挡时，会产生阴影。

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

饱和度（Ｓ分量）和亮度（Ｉ分量）分别如像中的背景点，其色调（Ｈ分量）、

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

时，则发生较大改变的是该点的亮度（Ｉ分中变为车辆阴影中的点Ａ’

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

点的夹角也较小；若背景点Ａ点被车辆点遮盖，即在面上Ａ点与Ａ’

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α同理在图１（ｂ）中可以发现如果在Ｂ背景中，若背景ａ较大。

点时，在色点Ｂ点被阴影覆盖，即在当前图像中变为车辆阴影中的Ｂ’

点的夹角较小；若背景点Ｂ点被车辆点度与饱和度平面上Ｂ点与Ｂ’

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

利用这一特性，可以找到一个较好的面上Ｂ点与Ｃ点的夹角αｂ较大。

阈值，来分离车辆与阴影。

图１

（ｂ）Ｂ点为背景时的情况

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

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Ｃ６４ｘＤＳＰ［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。ＤＭ６４２ＥＶＭ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ＤＭ６４２ＥＶＭ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ＤＳＰＣＰＵ的功能发挥完美和ＤＳＰＣａｃｈｅＭｉｓｓ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，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（ｉｎｌｉｎｅｆｕｎｃｔｉｏｎ）、ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ函数等。数据打包是指充分利用ＤＳＰＣＰＵ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。

清晰的显示３．３实验结果通过系统采集，系统将道路情况真实、

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）

３．１芯片介绍

（ａ）Ａ点为背景时的情况

１５

科技信息○本刊重稿○ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２００８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

系组织学术报告“从不参加”的占６％。对于占９％。调查还显示：对院、

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”信心不足心情郁闷”，１７％的学生“，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

校心理咨询理问题。建议随着学校学生增加，专职心理人员也应增加。

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小组活动获得成功。●

参考文献】【

中国社会出版社．［１］邢文英．《ＱＣ小组活动指南》

质量管理学》清华大学出版社．［２］董文尧．《

质量管理学》科学出版社．［３］宋明顺．《

对高职院校培养高技能人才的思考》［４］冯义荣．《［Ｊ］．中国高等教育．２００４年第１１

期：３７．

以人为本学生第一—新时期高等学校办学理［５］西南交通大学委员会．《

念的探索与实践》［Ｊ］．中国高等教育．２００４年第９期：１８－１９．

高等院校管理求变》［６］卢丽君．《［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．

言德”［２］杜学元，黄艾丽．试论教师的“［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，

以及智能控制方面的研究。

２００７，第１０期：１３６－１３７．

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

※课题项目：本课题得到西安文理学院专项科研资金资助（ＫＹ２００５２２）。

［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：

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】【

图２采集的原图

［１］ＲｉｔａＣｕｃｃｈｉａｒａ，ＣｏｓｔａｎｔｉｎｏＧｒａｎａ，ＭａｓｓｉｎｏＰｒｉｃｃａｒｄｉ，ｅｔａｌ，Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｈａｄｏｗ

ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈＨＳＶｃｏｌｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］，ＴｈｅＩＥＥＥＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，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］ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＳＰＲＳ２００Ｆ，ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２Ｖｉｄｅｏ／ＩｍａｇｉｎｇＦｉｘｅｄ－ＰｏｉｎｔＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒＤａｔａＭａｎｕａｌ［Ｓ］．２００４．

［４］ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＳＰＲＵ３９５Ａ，ＴＭＳ３２０Ｃ６４ｘＴｅｃｈｎｉｃａｌＯｖｅｒｖｉｅｗ［Ｓ］．２０００．

［责任编辑：张艳芳］

图３阴影去除效果图

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