一种视频图像的动态目标图像分割方法

王雷

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【摘 要】视频图像中运动目标的提取技术是一个研究难点，将遗传算法用于图像分割技术是图像处理领域一个新的研究方向，然而，基于遗传算法求解图像最佳阈值时，需要对每个进化个体进行适应度函数的计算，需要消耗大量的运行时间。为了降低算法的复杂性，提出一种神经网络结合遗传算法的二维熵图像分割方法。实验表明，本文方法能够快速达到分割视频图像中动态目标的目的，为图像处理技术提供一种有效借鉴。

【关键词】二维最大熵法；遗传算法；神经网络；运动目标

0 引言

运动目标的检测和跟踪技术是计算机视觉系统中的一个核心部分，许多学者对该技术展开了大量研究[1，2]，诸如实际背景的变化、车辆出现遮挡和阴影等诸多因素在很大程度上都影响着动态目标的检测与目标图像分割的准确性。图像分割是图像分析及视觉系统的重要组成部分，也是图像处理和前期视觉中的基本技术。图像分割的目的就是把图像中的前景目标物体从背景中提出出来，为后续处理提供基础。阈值分割法因实现简单、计算量小、性能较稳定，而成为图像分割中最基本和应用最广泛的分割技术。传统的最佳直方图熵法对低信噪比图像的分割效果不理想，而二维最大熵法[3]充分利用了像素的灰度分布信息和像素间的空间相关信息，提高了阈值分割的抗噪性能。

遗传算法[4]是模拟生物在自然环境中遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索方法。BP人工神经网络[5]是一种单向传播的多层网络系统，具有非常强的非线性映射能力，不需要任何先验公式就可以通过训练自动地总结出实验数据间的函数关系。笔者查阅的相关文献中，将神经网络应用于图像分割研究比较少，尤其视频图像动态目标的分割更是甚少，又考虑到神经网络自身的优点，因此，本文采用神经网络模拟遗传算法中的个体评价函数的方法，降低了遗传算法执行的代价。

1 数学模型的建立

记某一图像像素大小为M×N，灰度范围为0，1，…，i，…，L-1；记灰度值为i的像素数目为mi；分割阈值为Th，Th将图像分割为两部分，当图像中某个像素值小于Th时，定义该像素点为目标Ftarget，当图像中某个像素值大于Th时，定义该像素点为背景Btarget。设图像像素中目标Ftarget和背景Btarget的概率分别记为：

由式（2）可知，当？滓（Th）取得最大值时，对应的Th值即为最佳分割阈值。

很显然这是个组合优化问题，可以采用遗传算法求解最优值，然而如果直接采用遗传算法，需要对每个进化个体都进行适应度函数的计算，从而以评价优良的个体的性能，这样使得时间花费是非常巨大的。鉴于以上不足，本文采用神经网络模拟遗传算法中的个体评价函数的方法，降低算法的执行代价的方法。首先，利用一定样本训练神经网络，以模拟个体的适应值；在利用遗传算法进行优化求解时，先利用训练好的神经网络粗略计算个体适应值；对适应度较好的优秀个体，再求解精确的适应值。

因此本文优化提取方法分成两大模块，基于BP神经网络训练求解最优个体的模块和基于遗传求解最佳阈值模块。

2 基于BP神经网络模型训练样本

图1 构建的BP神经网络结构

采用神经网络训练样本，求解最优个体的模块步骤如下：

步骤1： 确定目标函数、输入变量、输出变量；参数设置；

步骤2： 正向运算，设定合适的训练样本集，通过神经网络训练样本，计算各层的输出；并计算综合误差；若综合误差小于预设的经验阈值，或者训练次数达到设定的上限，终止神经网络的训练过程；否则，转步骤3；

步骤3： 逆向运算，对权值进行修正；

步骤4： 判断训练条件是否满足；如果没有满足，转步骤2；

步骤5： 训练结束，将训练好的神经网络传遗传算法模块。

3 基于遗传算法求解最优值

本文采用遗传算法对式（3）数学模型进行最优解的求解。

本文遗传算法各参数设置如下，由于图像的灰度值在0-255之间，所以将各个染色体编码为8位二进制码；种群规模设为20；适应度函数取式（2）；选择采用轮盘赌策略；交叉采用单点交叉；变异采用基本变异算子，变异概率设为0.01；终止条件为进化代数达到100或找到最优解为止。

遗传求解最佳阈值模块步骤如下：

步骤1： 参数设置和种群初始化；

步骤2： 对每个个体，利用训练好的神经网络优良值，计算其近似适应值；

步骤3： 对优良个体，基于式（2）计算适应值；

步骤4： 如果找到最优个体，或者满足规定的算法迭代次数，终止算法；否则，转步骤5；

步骤5： 对个体实施选择、交叉和变异算子操作，转步骤2。

4 实验结果与分析

如图2为原图像的灰度化图像。图3为采用本文方法得到分割后的图像，从图中可以看出本文方法基本上能得到视频图像中的主要目标。

5 结论

运动目标的提取是在视频图像序列中将运动车辆检测并分割出来。鉴于视频图像多样性、实际场景的复杂程度及计算机视觉技术的不完善等多方面的影响，目前视频图像动态目标的提取技术的研究还不足。本文方法的二维最大熵法具有较强的鲁棒性，同时采用神经网络与遗传算法结合能够快速收敛到最佳分割阈值，实验结果表明，该算法达到理想的分割效果，实现了比传统方法更快速、稳定的图像分割，其优化效果明显。因此，本文方法对现有图像阈值分割法的一种有效补充。

【参考文献】

[1]陈少峰.基于FPGA的动态目标检测系统的设计与实现[D].云南大学，2015.

[2]王席.基于视频光照和纹理信息的动态目标分割与提取[D].上海交通大学， 2014.

[3]李锋，阚建霞.基于Sobel算子的图像快速二维最大熵阈值分割算法[J].计算机科学，2015，42（z1）.

[4]王小平.遗传算法[M].西安交通大学出版社，2002.

[5]闻新.MATLAB神经网络仿真与应用[M].科学出版社，2003.

[责任编辑：王伟平]

【摘 要】本国（本土）的法律传统与面临的现代性转向以双向思维，即平等协商的方式达至一种微妙的平衡。东西方法律传统内均有的“为善”、“良知”、“人性”等概念是构筑社会变革模型中的基础共通性参数，法律制度如何移植方才能不产生排异反应，关键就在于对本土法律资源的合理使用与激活。制度并不能保证社会的良性运转，处于过渡期的国民需要的是对公平正义的一致信念。

【关键词】法律移植；本土法制资源；英租威海卫；德占胶；民事诉讼

【Abstract】The concepts of benevolence， conscience， humanity and so on， which embody in both western and eastern traditional legal system are the basic commonality parameter to build a social transformation model. The key to transplant legal system without any rejection reaction is to rationally use and activate the locally legal resources. However， the system cannot guarantee the smooth operation of society， but people in transitional period should have unanimous belief of equity and justice.

【Key words】Legal transplant； National traditional legal system； Weihaiwei colony； Jiaoao colony； Civil suit

0 前言

近些年来，在我国完善民事诉讼制度的潮流中，法律界在认真反思我国民事司法中的种种缺憾的同时，普遍将兴趣转向了域外的法制资源，希冀借助对发达国家民诉机制的吸收与移植，为我国司法改革注入新鲜血液。不过，西方国家的法律制度毕竟发端于特定的西方社会，所能发挥的最大功效也仅限于斯。每一类具体诉讼程序的背后，都蕴含着独特的人文色彩。如何遴选出符合我国发展要求的程序机制并加以可操作的改造，成为中国法律人不得不思索的一大难题。颇为微妙的是，百年前的英国、德国殖民者们初次进入完全陌生且纷繁复杂的传统中国土地时，也为怎能将与之几乎格格不入的程序制度植入这典型的乡土农耕社会而困扰。这里，笔者将以一种逆向的研究视角，即外来法律制度“本土化”的角度，通过威海和青岛两地成为租借地时期的史料分析，解析英德两国如何对向两地移植的民事诉讼制度作出调整，得以较为成功地减轻了制度变革的阵痛，顺应了当时社会商品经济发展的潮流。此前，有必要介绍的是19世纪英国、德国自身也分别经历的一场划时代的民事司法革新，即便是远离本土的威、胶两地，民诉法制建设也深受此次改革的影响。

1 英国民事诉讼制度在山东租借地的“本土化”进程

1.1 19世纪英国民事诉讼制度改革简介

自19世纪30年代伊始，老成谋国的英国人开始了近一个世纪的循序渐进的民事司法及诉讼制度改革，逐步确立了一整套完善缜密、可操作性强的民事程序制度。这场改革主要包括以下核心内涵，而这些内容也几乎能原封不动地从日后英租威海卫民事司法体例与民事诉讼中提炼出来：

1）统一司法权，规范各类司法组织，明确划分各法院管辖权，避免交叉管辖。成立枢密院司法委员会总揽大不列颠及北爱尔兰联合王国和各海外殖民地、自治领的上诉案件；

2）简化诉讼程序，裁汰不必要的诉讼环节。废除令状制度，起诉材料规范但力求简约。提高法院审判效率，避免案件积压，但保留重视程序的法治原则；

3）规定合理的诉讼费用，禁止法官及法院职员收受、索取额外费用，同时严惩贪腐行径。

4）对书面材料、判决书等要式要求较为宽松，判决内常引经据典，形式较为散漫。

经过这次完全的民事诉讼程序的改革，英国的民事司法制度步入了一个蕴含自由民主平等思想的新时代，基本完成了民事法律制度的现代化。这也让法治观念真正深入社会生活。诞生于改革的现代化的司法机制为英国民主制度的发展奠定了坚实的基础，而这次改革的余晖，也不遗余力地照耀在远在天涯的威海卫。

1.2 英租威海卫时期的民事诉讼制度简述与比较分析

总体而言，英租时期的威海卫内存在着一种二元法律体制，区别于英国本土的普通法与衡平法分立的二元法律结构，该制度包含着一些无奈的因素，这并非是一个刻意设计、精巧计算的结果，而是“徘徊于东西方之间”①的产物。本性趋于保守的英国人不大可能也没有必要强行推行不切实际的法制，这样可能带来的社会动荡与大英帝国声誉扫地的隐患更值得担心。所幸的是，这套二元体制成功地完成了它的任务，它不仅维系了当地的稳定，更是促进了威海港商品经济的发展，各位行政长官颇受爱戴，大英帝国的名誉也没有受到任何冲击。

1.2.1 民事司法组织与司法人员

1901年英国设立威海行政公署，做为租借地最高管理机构。行政公署下设正副华务司作为行使司法权的主要机关，其中正华务司主管审理民事案件，亦分管财政、民政、文案、狱政等行政事务，且正副华务司长官同时兼任南北两大行政区行政长官。从英国法制在威海卫“本土化”的角度，这套体制始终带着源自英国的烙印，19世纪的英国本土司法改革的一点核心内容即是统一司法权，建构司法的中央集权制度，分明法院管辖权限，法院体系结构简单，同时对法官素质的要求也颇高。行政与司法权集中于长官一人之手，司法并不独立与行政政治，或多或少承担着维系社会稳定的职能。

1.2.2 一般诉讼流程

英租时期威海卫的民事诉讼一般流程包括以下内容：

1）诉讼当事人（一般为原告）前往司法官官邸或法庭将诉状递交给司法官，或将诉状投入专门的诉状箱内。（租借地内曾试行了一段时间的特许状师制度，但后来由于操作性的原因状师行当被完全取缔）

2）诉状提交后，司法官择日开庭并传唤各当事人到庭接受询问。

3）法庭审判程序较为宽松，双方当事人由于没有律师的相助，往往在他们的亲属陪同下到庭并共同参与证据认定与法庭辩论等环节，司法官也并不如英国本土的法官“消极”等待陪审团认定事实，听取律师辩论。相反，时常要承担普及法律，充当双方法律顾问，纠问案件实情等职能。

1.2.3 民事纠纷调节

威海卫租借地另一类重要的民事纠纷解决机制是民事调解制度。殖民当局保留了在基层中国原有之村董制，并以此为基础建立总董制。日常民事纠纷由村董、总董及其他族内长老调解，且法庭通过专门下发“息诉凭单”赋予之法律效力，调解成功则据此为书面凭证而不得再兴诉讼，再诉法院不予受理。调解制是中国传统的纠纷解决机制，英国式司法体制借助村董、总董的力量与权威与之连结，进一步完善了英租威海卫的民事司法体制。

1.2.4 诉讼费用

英租威海卫政府收取的诉讼费用较为低廉，甚至存在近十年间不收分文诉讼费的情形。殖民政府似乎在传达这样一个讯息：鼓励用法律手段解决日常纠纷。这对威海卫的稳定局面有极大的巩固作用，人们甚至出现了“健诉”的诉讼心理，以至于后来政府不得不以收取较高费用为手段减少不必要的诉讼。

1.2.5 民事判决文书

英租时期的判决文件可称是中西合璧的最好阐释，一方面既继受了英国法律判决形式不拘一格、散漫多变、好引经据典的内涵要式，另一方面则常常以道德经典、圣贤之帝的圣谕为所引之典，比较好地能让民众接受。

在一些宝贵的资料卷宗中，时常体现着当时的法官（常为行政长官）并不严格执行规定的具体诉讼环节，法庭中常常是双方当事人拖家携口各执一词，场面激烈，而法官为确定案件事实间或亲自策马去案发地了解情况，之后快速判决，判决书中也常常引用道德教化格言或圣谕。同时法院审理效率极高，诉讼拖延极其难见，诉讼费用低廉，适应了当时商业发展要求快捷高效结案的趋势。而最为关键的一点则在于威海卫地区社会变革“出人意料”地缓慢，立法与司法中存在的法律供求关系在三十年中始终处于相对均衡的状态，“直到1930年中国政府收回威海卫时，租界内的男人还梳着辫子，女人还裹着小脚。”用本土法制资源之形而行英方所欲之内核，顺民情，得民心，是英国殖民者在威海卫租借地治理得当的关键。

2 德国民诉制度在山东租借地的“本土化”进程

2.1 19世纪德国民事程序制度的传承与发展

1862年的德国几乎是集中当时举国法学界所有的精英人物，花费15年之久制定了在世界民事诉讼法发展史上也可以称为里程碑的近代民事诉讼法典——德国民事诉讼法。1877年，德意志帝国颁布《民事诉讼法》（简称CPO），而这部法典历经帝国时期、魏玛共和国时期、纳粹统治时期、二战后的联邦共和国时期，沿用至今。虽然经过多次（有时规模还很大）的修改，但仍是在原有的基础上进行修改，并未将整个法律废除，彻底更新。1877年《德国民事诉讼法》在德国民事诉讼法制史上具有继往开来、承前启后的作用。它主要蕴含着一下一些内涵：

2.1.1 司法机构法定统一

统一后的帝国用铁腕手段将日耳曼民族推上资本主义发展的狂飙时代的同时，这部1877年《帝国民事诉讼法》也让德国的大部分地区开始适用与其已经熟悉的民事诉讼法——有的已经适用了上百年——完全不同的民事诉讼法。通过国家集权的方式，德国民事诉讼制度不仅摆脱了传统诉讼法令的羁绊，更是开现代诉讼法制之先河。

2.1.2 自由主义思潮下科学完备的证据制度与诉讼原则

以直接审理主义、程序与辩论的公开主义为核心的言辞主义被1877年德国诉讼法接受，这部法典同时逐步废除了此前繁苛、易被操控的书面主义。此外，反专制制度在自由民主的呼声下被接受，国家采取秘密行动（秘密羁押、拷问等）的权力被剥夺，“外行”组成的陪审团也参与到案件事实认定中。案件审理的公开透明，也使司法直接受新闻与社会的监督，“上层人士”的特权被压缩至基本为零。更为重要的是这部法典确立的一系列如“作出判决的法官要据自己的体验了解案情与参与人，而非通过已经被他人主观化的转述”、“裁判者不关心微不足道的法律不利”、集中审理主义、“你给我事实，我给你审判”等审判、管辖原则至今仍然为主流观点所接受。

日后的胶澳地区在被德国租借期间各类纠纷接连不断，据《青岛开埠十七年—<胶澳发展备忘录>全译》一书的相关数据，胶澳德国皇家法院连续五年受理案件的数量都在一万件以上，每位法官年平均受理案件三四千件，每天要处理十几起案件。如此繁重的工作量，没有一套科学合理的诉讼程序自然是无法完成的。而上述核心内容正是这套高效运作的诉讼制度的灵魂。

2.2 德租时期胶澳地区的民事诉讼制度简介与比较分析

1898年，德国趁山东曹州“巨野教案”之机率先租借胶澳湾，至一战结束被日本侵占前，此地一直为德国管辖。德国为将胶澳建成“样板”殖民地供其他海外殖民地效仿，不仅向这个海滨城市投注了大量金钱与人力，更通过土地改革建立起一整套完善的法律体系与司法制度。据《中德胶澳租借条约》第三条规定，“德国所租之地，租期未完，中国不得治理，均归德国管辖，以免两国争端。”据此，德国获得了在青岛一系列的管辖权，司法管辖亦括在内。殖民者在胶澳租借地设置了一整套司法体制，针对德国等西方国家包括日本人设置了胶澳皇家法院，针对华人则设置了青岛区公所和李村区公所，行政兼理司法。1898年《中德胶澳租借条约》签署后，德意志帝国事实上获得了对胶澳租借地司法的控制权，并在财政支出中追加了非经常性的开支，用于胶澳地区的司法建设，包括派出法官、设立法院等司法机构所需费用。由于德国政府的大力支持，胶澳租借地的司法框架很快搭建起来。