摘要 ?本文提出了一種實(shí)時(shí)并且精準(zhǔn)的人體檢測(cè)架構(gòu)C4。C4在目前最高精確度下可以達(dá)到20幀每秒的檢測(cè)速度，并且是在只使用一個(gè)處理線程和不使用GPU等硬件的情況下達(dá)到的。能達(dá)到實(shí)時(shí)而精確的檢測(cè)源于以下兩點(diǎn)：第一，相鄰像素差值的符號(hào)是描述輪廓的關(guān)鍵信息；第二，CENTRIST描述子非常適合做人體檢測(cè)，因?yàn)樗幋a了符號(hào)信息并且可以隱式地表達(dá)全局輪廓。使用CENTRIST描述子和線性分類器，我們提出了一種不需要顯式生成特征向量的計(jì)算方法，它不需要圖像的預(yù)處理或特征向量的歸一化，只需要O(1)時(shí)間去測(cè)試一個(gè)圖片區(qū)域。C4也非常適合進(jìn)一步的硬件加速，我們?cè)谝粋€(gè)嵌入式的1.2GHz CPU上同樣實(shí)現(xiàn)了20fps的高速人體檢測(cè)。

Ⅰ引言

人體檢測(cè)在生活中應(yīng)用廣泛：監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)場(chǎng)安全，自動(dòng)駕駛和駕駛輔助系統(tǒng)，人機(jī)交互，互動(dòng)娛樂，智能家庭和老人輔助，軍方的尋人應(yīng)用等。廣泛的應(yīng)用和挑戰(zhàn)吸引了很多研究者參與到其中來。

本文的目的是以最少的誤報(bào)率進(jìn)行實(shí)時(shí)而精確的人體檢測(cè)。在機(jī)器人系統(tǒng)上，計(jì)算效率尤其重要，不僅要達(dá)到實(shí)時(shí)的檢測(cè)，還要做的占用盡量少的CPU資源，使得其他任務(wù)例如路徑規(guī)劃、導(dǎo)航等不會(huì)受到影響。

目前的人體檢測(cè)在很多方面已經(jīng)達(dá)到問題的前沿，例如：特征、分類器、速度、遮擋處理等，引文[1]~[11]做了詳細(xì)論述。然而，至少還有兩個(gè)重要問題沒有得到解決：
(1)實(shí)時(shí)檢測(cè)檢測(cè)速度非常重要，因?yàn)閷?shí)時(shí)檢測(cè)是很多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用[12]的先決條件。
(2) 確定最重要的信息源 HOG[1]和LBP[8]特征在人體檢測(cè)中取得了成功，但我們還不是很清楚的了解這些特征中最重要的信息是什么，或者說，為什么這些特征可以取得這么好的檢測(cè)效果。

在本文中，我們認(rèn)為這兩個(gè)問題是緊密相關(guān)的，我們證明合適的特征選擇會(huì)帶來高效的檢測(cè)結(jié)果。事實(shí)上，特征計(jì)算是現(xiàn)有方法的主要瓶頸，現(xiàn)有方法即使使用GPU的100+并行處理線程，也只能達(dá)到大約10fps的檢測(cè)速率。大多數(shù)時(shí)間都耗費(fèi)在了特征計(jì)算上(包括圖像預(yù)處理、特征構(gòu)建和特征向量歸一化)。

本文主要解決了兩個(gè)問題。第一，通過一系列精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)(見SectionⅢ-A)表明表征身體外沿的輪廓特征可以提供人體檢測(cè)的重要信息。我們發(fā)現(xiàn)相鄰像素差值的符號(hào)對(duì)于表示輪廓至關(guān)重要，但差值的大小沒有符號(hào)信息重要。

第二，我們提出用輪廓線索(contour cues)進(jìn)行人體檢測(cè)，并表示成熟的CENTRIST[13]特征非常適合人體檢測(cè)(見SectionⅢ-B)。CENTRIST編碼了像素差值的符號(hào)信息，并且可以表示全局(大規(guī)模)輪廓。在SectionⅢ-C中，我們將CENTRIST與其他特征進(jìn)行了對(duì)比。

CENTRIST特征在速度上非常吸引人，在SectionⅣ中，我們提出了一種不包括圖像預(yù)處理和特征向量歸一化的評(píng)價(jià)方法。事實(shí)上，沒有必要顯式地計(jì)算CENTRIST特征向量，因?yàn)樗呀?jīng)無縫的嵌入在分類器中，能夠達(dá)到視頻流檢測(cè)速度。我們使用層級(jí)分類器，所以將此方法叫做C4：detecting humanContour using aCascadeClassifier and theCENTRISTdescriptor.

C4可以在不使用GPU的單線程上實(shí)現(xiàn)精確地實(shí)時(shí)人體監(jiān)測(cè)。在SectionⅤ中，我們用兩種評(píng)價(jià)方法展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第一，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)人體檢測(cè)數(shù)據(jù)集上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第二，在線檢測(cè)結(jié)果，即在iRobot PackBot上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。特別的，我們還展示了基于實(shí)時(shí)行人檢測(cè)的行人跟蹤。我們將此檢測(cè)系統(tǒng)提供給其他研究者使用。

Ⅱ相關(guān)研究工作

人體檢測(cè)的精確度仍是主要研究方向，尤其是在低FPPI[2] (False Positive Per Image)時(shí)的高檢測(cè)率。在此方面的研究主要向兩個(gè)方向發(fā)展：特征和分類器。

人體檢測(cè)中使用過各種特征，例如Haar[7]，edgelet[10]，然而HOG是使用最多的人體檢測(cè)特征[1,3,4,6,8]。邊緣在不同方向上的強(qiáng)度分布似乎可以有效地在圖像中捕獲人體。近來，LBP(LocalBinary Patern)方法的變體也表現(xiàn)出很大潛力[5][8]。最近人體檢測(cè)趨向于聯(lián)合多種信息源，例如顏色、局部紋理、邊緣、運(yùn)動(dòng)等等[14,6,8,15]，引入更多信息通道會(huì)提高檢測(cè)精度，但同時(shí)也會(huì)增加檢測(cè)時(shí)間。

在分類器方面，線性SVM由于速度快而被廣泛使用。HIK SVM(Histogram IntersectionKernel SVM)[16][17]可以達(dá)到更高的精度，耗時(shí)有所增加[4]。

最近的研究還提高了人體檢測(cè)的速度。層級(jí)(cascade)[7][11]和積分圖[14][8]被廣泛用來加速檢測(cè)。然而，檢測(cè)速度仍遠(yuǎn)低于幀率，所以人們使用GPU來做并行計(jì)算，例如，[9]中的系統(tǒng)達(dá)到了10fps，[8]中達(dá)到了4fps，兩者都使用了GPU。在SectionⅣ中，我們展示了一種可以在不使用GPU的單線程上達(dá)到20fps的方法(并且此方法非常易于做GPU加速)。表Ⅰ對(duì)比了當(dāng)前的幾種快速檢測(cè)方法的速度和精度，包括本文提出的C4方法。

表Ⅰ，幾種人體檢測(cè)方法的速度比較。VGA分辨率是640*480，qVGA是320*240，精度單位是1FPPI(False Positive Per Image)

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