一種視頻圖像的動態目標圖像分割方法

王雷

【摘 要】視頻圖像中運動目標的提取技術是一個研究難點，將遺傳算法用于圖像分割技術是圖像處理領域一個新的研究方向，然而，基于遺傳算法求解圖像最佳閾值時，需要對每個進化個體進行適應度函數的計算，需要消耗大量的運行時間。為了降低算法的復雜性，提出一種神經網絡結合遺傳算法的二維熵圖像分割方法。實驗表明，本文方法能夠快速達到分割視頻圖像中動態目標的目的，為圖像處理技術提供一種有效借鑒。

【關鍵詞】二維最大熵法；遺傳算法；神經網絡；運動目標

0 引言

運動目標的檢測和跟蹤技術是計算機視覺系統中的一個核心部分，許多學者對該技術展開了大量研究[1，2]，諸如實際背景的變化、車輛出現遮擋和陰影等諸多因素在很大程度上都影響著動態目標的檢測與目標圖像分割的準確性。圖像分割是圖像分析及視覺系統的重要組成部分，也是圖像處理和前期視覺中的基本技術。圖像分割的目的就是把圖像中的前景目標物體從背景中提出出來，為后續處理提供基礎。閾值分割法因實現簡單、計算量小、性能較穩定，而成為圖像分割中最基本和應用最廣泛的分割技術。傳統的最佳直方圖熵法對低信噪比圖像的分割效果不理想，而二維最大熵法[3]充分利用了像素的灰度分布信息和像素間的空間相關信息，提高了閾值分割的抗噪性能。

遺傳算法[4]是模擬生物在自然環境中遺傳和進化過程而形成的一種自適應全局優化概率搜索方法。BP人工神經網絡[5]是一種單向傳播的多層網絡系統，具有非常強的非線性映射能力，不需要任何先驗公式就可以通過訓練自動地總結出實驗數據間的函數關系。筆者查閱的相關文獻中，將神經網絡應用于圖像分割研究比較少，尤其視頻圖像動態目標的分割更是甚少，又考慮到神經網絡自身的優點，因此，本文采用神經網絡模擬遺傳算法中的個體評價函數的方法，降低了遺傳算法執行的代價。

1 數學模型的建立

記某一圖像像素大小為M×N，灰度范圍為0，1，…，i，…，L-1；記灰度值為i的像素數目為mi；分割閾值為Th，Th將圖像分割為兩部分，當圖像中某個像素值小于Th時，定義該像素點為目標Ftarget，當圖像中某個像素值大于Th時，定義該像素點為背景Btarget。設圖像像素中目標Ftarget和背景Btarget的概率分別記為：

由式（2）可知，當？滓（Th）取得最大值時，對應的Th值即為最佳分割閾值。

很顯然這是個組合優化問題，可以采用遺傳算法求解最優值，然而如果直接采用遺傳算法，需要對每個進化個體都進行適應度函數的計算，從而以評價優良的個體的性能，這樣使得時間花費是非常巨大的。鑒于以上不足，本文采用神經網絡模擬遺傳算法中的個體評價函數的方法，降低算法的執行代價的方法。首先，利用一定樣本訓練神經網絡，以模擬個體的適應值；在利用遺傳算法進行優化求解時，先利用訓練好的神經網絡粗略計算個體適應值；對適應度較好的優秀個體，再求解精確的適應值。

因此本文優化提取方法分成兩大模塊，基于BP神經網絡訓練求解最優個體的模塊和基于遺傳求解最佳閾值模塊。

2 基于BP神經網絡模型訓練樣本

圖1 構建的BP神經網絡結構

采用神經網絡訓練樣本，求解最優個體的模塊步驟如下：

步驟1： 確定目標函數、輸入變量、輸出變量；參數設置；

步驟2： 正向運算，設定合適的訓練樣本集，通過神經網絡訓練樣本，計算各層的輸出；并計算綜合誤差；若綜合誤差小于預設的經驗閾值，或者訓練次數達到設定的上限，終止神經網絡的訓練過程；否則，轉步驟3；

步驟3： 逆向運算，對權值進行修正；

步驟4： 判斷訓練條件是否滿足；如果沒有滿足，轉步驟2；

步驟5： 訓練結束，將訓練好的神經網絡傳遺傳算法模塊。

3 基于遺傳算法求解最優值

本文采用遺傳算法對式（3）數學模型進行最優解的求解。

本文遺傳算法各參數設置如下，由于圖像的灰度值在0-255之間，所以將各個染色體編碼為8位二進制碼；種群規模設為20；適應度函數取式（2）；選擇采用輪盤賭策略；交叉采用單點交叉；變異采用基本變異算子，變異概率設為0.01；終止條件為進化代數達到100或找到最優解為止。

遺傳求解最佳閾值模塊步驟如下：

步驟1： 參數設置和種群初始化；

步驟2： 對每個個體，利用訓練好的神經網絡優良值，計算其近似適應值；

步驟3： 對優良個體，基于式（2）計算適應值；

步驟4： 如果找到最優個體，或者滿足規定的算法迭代次數，終止算法；否則，轉步驟5；

步驟5： 對個體實施選擇、交叉和變異算子操作，轉步驟2。

4 實驗結果與分析

如圖2為原圖像的灰度化圖像。圖3為采用本文方法得到分割后的圖像，從圖中可以看出本文方法基本上能得到視頻圖像中的主要目標。

5 結論

運動目標的提取是在視頻圖像序列中將運動車輛檢測并分割出來。鑒于視頻圖像多樣性、實際場景的復雜程度及計算機視覺技術的不完善等多方面的影響，目前視頻圖像動態目標的提取技術的研究還不足。本文方法的二維最大熵法具有較強的魯棒性，同時采用神經網絡與遺傳算法結合能夠快速收斂到最佳分割閾值，實驗結果表明，該算法達到理想的分割效果，實現了比傳統方法更快速、穩定的圖像分割，其優化效果明顯。因此，本文方法對現有圖像閾值分割法的一種有效補充。

【參考文獻】

[1]陳少峰.基于FPGA的動態目標檢測系統的設計與實現[D].云南大學，2015.

[2]王席.基于視頻光照和紋理信息的動態目標分割與提取[D].上海交通大學， 2014.

[3]李鋒，闞建霞.基于Sobel算子的圖像快速二維最大熵閾值分割算法[J].計算機科學，2015，42（z1）.

[4]王小平.遺傳算法[M].西安交通大學出版社，2002.

[5]聞新.MATLAB神經網絡仿真與應用[M].科學出版社，2003.

[責任編輯：王偉平]

【摘 要】本國（本土）的法律傳統與面臨的現代性轉向以雙向思維，即平等協商的方式達至一種微妙的平衡。東西方法律傳統內均有的“為善”、“良知”、“人性”等概念是構筑社會變革模型中的基礎共通性參數，法律制度如何移植方才能不產生排異反應，關鍵就在于對本土法律資源的合理使用與激活。制度并不能保證社會的良性運轉，處于過渡期的國民需要的是對公平正義的一致信念。

【關鍵詞】法律移植；本土法制資源；英租威海衛；德占膠；民事訴訟

【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

近些年來，在我國完善民事訴訟制度的潮流中，法律界在認真反思我國民事司法中的種種缺憾的同時，普遍將興趣轉向了域外的法制資源，希冀借助對發達國家民訴機制的吸收與移植，為我國司法改革注入新鮮血液。不過，西方國家的法律制度畢竟發端于特定的西方社會，所能發揮的最大功效也僅限于斯。每一類具體訴訟程序的背后，都蘊含著獨特的人文色彩。如何遴選出符合我國發展要求的程序機制并加以可操作的改造，成為中國法律人不得不思索的一大難題。頗為微妙的是，百年前的英國、德國殖民者們初次進入完全陌生且紛繁復雜的傳統中國土地時，也為怎能將與之幾乎格格不入的程序制度植入這典型的鄉土農耕社會而困擾。這里，筆者將以一種逆向的研究視角，即外來法律制度“本土化”的角度，通過威海和青島兩地成為租借地時期的史料分析，解析英德兩國如何對向兩地移植的民事訴訟制度作出調整，得以較為成功地減輕了制度變革的陣痛，順應了當時社會商品經濟發展的潮流。此前，有必要介紹的是19世紀英國、德國自身也分別經歷的一場劃時代的民事司法革新，即便是遠離本土的威、膠兩地，民訴法制建設也深受此次改革的影響。

1 英國民事訴訟制度在山東租借地的“本土化”進程

1.1 19世紀英國民事訴訟制度改革簡介

自19世紀30年代伊始，老成謀國的英國人開始了近一個世紀的循序漸進的民事司法及訴訟制度改革，逐步確立了一整套完善縝密、可操作性強的民事程序制度。這場改革主要包括以下核心內涵，而這些內容也幾乎能原封不動地從日后英租威海衛民事司法體例與民事訴訟中提煉出來：

1）統一司法權，規范各類司法組織，明確劃分各法院管轄權，避免交叉管轄。成立樞密院司法委員會總攬大不列顛及北愛爾蘭聯合王國和各海外殖民地、自治領的上訴案件；

2）簡化訴訟程序，裁汰不必要的訴訟環節。廢除令狀制度，起訴材料規范但力求簡約。提高法院審判效率，避免案件積壓，但保留重視程序的法治原則；

3）規定合理的訴訟費用，禁止法官及法院職員收受、索取額外費用，同時嚴懲貪腐行徑。

4）對書面材料、判決書等要式要求較為寬松，判決內常引經據典，形式較為散漫。

經過這次完全的民事訴訟程序的改革，英國的民事司法制度步入了一個蘊含自由民主平等思想的新時代，基本完成了民事法律制度的現代化。這也讓法治觀念真正深入社會生活。誕生于改革的現代化的司法機制為英國民主制度的發展奠定了堅實的基礎，而這次改革的余暉，也不遺余力地照耀在遠在天涯的威海衛。

1.2 英租威海衛時期的民事訴訟制度簡述與比較分析

總體而言，英租時期的威海衛內存在著一種二元法律體制，區別于英國本土的普通法與衡平法分立的二元法律結構，該制度包含著一些無奈的因素，這并非是一個刻意設計、精巧計算的結果，而是“徘徊于東西方之間”①的產物。本性趨于保守的英國人不大可能也沒有必要強行推行不切實際的法制，這樣可能帶來的社會動蕩與大英帝國聲譽掃地的隱患更值得擔心。所幸的是，這套二元體制成功地完成了它的任務，它不僅維系了當地的穩定，更是促進了威海港商品經濟的發展，各位行政長官頗受愛戴，大英帝國的名譽也沒有受到任何沖擊。

1.2.1 民事司法組織與司法人員

1901年英國設立威海行政公署，做為租借地最高管理機構。行政公署下設正副華務司作為行使司法權的主要機關，其中正華務司主管審理民事案件，亦分管財政、民政、文案、獄政等行政事務，且正副華務司長官同時兼任南北兩大行政區行政長官。從英國法制在威海衛“本土化”的角度，這套體制始終帶著源自英國的烙印，19世紀的英國本土司法改革的一點核心內容即是統一司法權，建構司法的中央集權制度，分明法院管轄權限，法院體系結構簡單，同時對法官素質的要求也頗高。行政與司法權集中于長官一人之手，司法并不獨立與行政政治，或多或少承擔著維系社會穩定的職能。

1.2.2 一般訴訟流程

英租時期威海衛的民事訴訟一般流程包括以下內容：

1）訴訟當事人（一般為原告）前往司法官官邸或法庭將訴狀遞交給司法官，或將訴狀投入專門的訴狀箱內。（租借地內曾試行了一段時間的特許狀師制度，但后來由于操作性的原因狀師行當被完全取締）

2）訴狀提交后，司法官擇日開庭并傳喚各當事人到庭接受詢問。

3）法庭審判程序較為寬松，雙方當事人由于沒有律師的相助，往往在他們的親屬陪同下到庭并共同參與證據認定與法庭辯論等環節，司法官也并不如英國本土的法官“消極”等待陪審團認定事實，聽取律師辯論。相反，時常要承擔普及法律，充當雙方法律顧問，糾問案件實情等職能。

1.2.3 民事糾紛調節

威海衛租借地另一類重要的民事糾紛解決機制是民事調解制度。殖民當局保留了在基層中國原有之村董制，并以此為基礎建立總董制。日常民事糾紛由村董、總董及其他族內長老調解，且法庭通過專門下發“息訴憑單”賦予之法律效力，調解成功則據此為書面憑證而不得再興訴訟，再訴法院不予受理。調解制是中國傳統的糾紛解決機制，英國式司法體制借助村董、總董的力量與權威與之連結，進一步完善了英租威海衛的民事司法體制。

1.2.4 訴訟費用

英租威海衛政府收取的訴訟費用較為低廉，甚至存在近十年間不收分文訴訟費的情形。殖民政府似乎在傳達這樣一個訊息：鼓勵用法律手段解決日常糾紛。這對威海衛的穩定局面有極大的鞏固作用，人們甚至出現了“健訴”的訴訟心理，以至于后來政府不得不以收取較高費用為手段減少不必要的訴訟。

1.2.5 民事判決文書

英租時期的判決文件可稱是中西合璧的最好闡釋，一方面既繼受了英國法律判決形式不拘一格、散漫多變、好引經據典的內涵要式，另一方面則常常以道德經典、圣賢之帝的圣諭為所引之典，比較好地能讓民眾接受。

在一些寶貴的資料卷宗中，時常體現著當時的法官（常為行政長官）并不嚴格執行規定的具體訴訟環節，法庭中常常是雙方當事人拖家攜口各執一詞，場面激烈，而法官為確定案件事實間或親自策馬去案發地了解情況，之后快速判決，判決書中也常常引用道德教化格言或圣諭。同時法院審理效率極高，訴訟拖延極其難見，訴訟費用低廉，適應了當時商業發展要求快捷高效結案的趨勢。而最為關鍵的一點則在于威海衛地區社會變革“出人意料”地緩慢，立法與司法中存在的法律供求關系在三十年中始終處于相對均衡的狀態，“直到1930年中國政府收回威海衛時，租界內的男人還梳著辮子，女人還裹著小腳?！庇帽就练ㄖ瀑Y源之形而行英方所欲之內核，順民情，得民心，是英國殖民者在威海衛租借地治理得當的關鍵。

2 德國民訴制度在山東租借地的“本土化”進程

2.1 19世紀德國民事程序制度的傳承與發展

1862年的德國幾乎是集中當時舉國法學界所有的精英人物，花費15年之久制定了在世界民事訴訟法發展史上也可以稱為里程碑的近代民事訴訟法典——德國民事訴訟法。1877年，德意志帝國頒布《民事訴訟法》（簡稱CPO），而這部法典歷經帝國時期、魏瑪共和國時期、納粹統治時期、二戰后的聯邦共和國時期，沿用至今。雖然經過多次（有時規模還很大）的修改，但仍是在原有的基礎上進行修改，并未將整個法律廢除，徹底更新。1877年《德國民事訴訟法》在德國民事訴訟法制史上具有繼往開來、承前啟后的作用。它主要蘊含著一下一些內涵：

2.1.1 司法機構法定統一

統一后的帝國用鐵腕手段將日耳曼民族推上資本主義發展的狂飆時代的同時，這部1877年《帝國民事訴訟法》也讓德國的大部分地區開始適用與其已經熟悉的民事訴訟法——有的已經適用了上百年——完全不同的民事訴訟法。通過國家集權的方式，德國民事訴訟制度不僅擺脫了傳統訴訟法令的羈絆，更是開現代訴訟法制之先河。

2.1.2 自由主義思潮下科學完備的證據制度與訴訟原則

以直接審理主義、程序與辯論的公開主義為核心的言辭主義被1877年德國訴訟法接受，這部法典同時逐步廢除了此前繁苛、易被操控的書面主義。此外，反專制制度在自由民主的呼聲下被接受，國家采取秘密行動（秘密羈押、拷問等）的權力被剝奪，“外行”組成的陪審團也參與到案件事實認定中。案件審理的公開透明，也使司法直接受新聞與社會的監督，“上層人士”的特權被壓縮至基本為零。更為重要的是這部法典確立的一系列如“作出判決的法官要據自己的體驗了解案情與參與人，而非通過已經被他人主觀化的轉述”、“裁判者不關心微不足道的法律不利”、集中審理主義、“你給我事實，我給你審判”等審判、管轄原則至今仍然為主流觀點所接受。

日后的膠澳地區在被德國租借期間各類糾紛接連不斷，據《青島開埠十七年—<膠澳發展備忘錄>全譯》一書的相關數據，膠澳德國皇家法院連續五年受理案件的數量都在一萬件以上，每位法官年平均受理案件三四千件，每天要處理十幾起案件。如此繁重的工作量，沒有一套科學合理的訴訟程序自然是無法完成的。而上述核心內容正是這套高效運作的訴訟制度的靈魂。

2.2 德租時期膠澳地區的民事訴訟制度簡介與比較分析

1898年，德國趁山東曹州“巨野教案”之機率先租借膠澳灣，至一戰結束被日本侵占前，此地一直為德國管轄。德國為將膠澳建成“樣板”殖民地供其他海外殖民地效仿，不僅向這個海濱城市投注了大量金錢與人力，更通過土地改革建立起一整套完善的法律體系與司法制度。據《中德膠澳租借條約》第三條規定，“德國所租之地，租期未完，中國不得治理，均歸德國管轄，以免兩國爭端?！睋?，德國獲得了在青島一系列的管轄權，司法管轄亦括在內。殖民者在膠澳租借地設置了一整套司法體制，針對德國等西方國家包括日本人設置了膠澳皇家法院，針對華人則設置了青島區公所和李村區公所，行政兼理司法。1898年《中德膠澳租借條約》簽署后，德意志帝國事實上獲得了對膠澳租借地司法的控制權，并在財政支出中追加了非經常性的開支，用于膠澳地區的司法建設，包括派出法官、設立法院等司法機構所需費用。由于德國政府的大力支持，膠澳租借地的司法框架很快搭建起來。