电子稳像算法研究与实现论文

通过运动载体上的摄像系统得到的视频信号往往会因为摄像机的运动而发生抖动, 从而影响视觉效果或者进一步的图像处理操作。通过机械或者电子设备获得运动视频的帧间运动并对其进行补偿, 以获得平滑稳定的视频图像的操作称为视频稳像。目前常见的稳像方法按照作用机制大致可分为光学稳像、机械稳像和电子稳像[1~2]。通常电子稳像算法主要包括三部分:全局运动估计模块, 运动平滑模块和运动补偿模块[3]。本文在现有研究的基础上, 综合考虑了算法的鲁棒性问题, 设计并实现了一种基于特征集合匹配的鲁棒性稳像算法。

1 稳像算法

本部分说明稳像算法的实现原理。

1.1 运动估计

运动估计模块是通过各种不同的算法对图像进行分析, 估算摄像机的全局运动参数;稳像算法的全局运动参数的计算方式按图像的匹配来源分, 可以分为两种方式:一种是固定帧匹配、另一种则是相邻帧匹配。本文以下的讨论即是基于相邻帧匹配的方法来进行的。

利用多个相邻帧运动参数累计, 即可获得当前第k帧到模板帧r的运动参数。第k帧至第r帧的变换参数可由第k-1帧至第r帧的变换参数及第k帧到第k-1帧的变换参数累计推出, 依次类推, 第k-1帧至第r帧的变换参数可由第k-2帧至第r帧的变换参数及第k-1帧到第k-2帧的变换参数累计求得, 由此类推, 最终可由相邻帧运动参数累计, 求得当前帧到任意模板帧的变换参数。

1.2 运动平滑

在处理包含摄像机主观运动的非定点拍摄场景时, 本文选用简单高效的均值滤波去除高频抖动。以水平平移分量为例, 设平滑长度为n, Di (x) 表示第i帧与第i-1帧间的水平位移量, 则当前第k帧与第k-n+1帧间的水平位移累计量D为:。该视频段的平均位移为。则当前帧在水平方向上的位移补偿量J i (x) =D-Di。

1.3 运动补偿

运动补偿是根据运动估计及运动平滑获得的抖动参数重构视频图像, 重新生成一个只存在摄像机主观运动的稳定视频序列。在完成运动平滑后, 可以根据估计出的抖动运动参数, 对视频中的每一帧图像进行校正变换, 获得初步稳定的视频序列。

实验平台选用均值平滑方法获得抖动运动参数Ji。设视频图像序列中的某一帧Ik变换到模板帧r的坐标系后的图像为Ik′, Xr为当前第k帧中的点Xk在模板帧r坐标系下对应的位置, 利用抖动运动参数, 可得。Xr=J (k, r) ×Xk则补偿后图像Ik′中某点在原始第k帧图像中的对应位置X (k, r) =J (k, r) -1×X r。Ik′中某点Xr的灰度值即为Ik (X (k, r) ) 如图1所示, 由于 (Jk) -1×Xr所计算值可能并不是整数值, 而像素点位置信息由两个整数值描述。这时需要选择插值方法进行插值, 结合考虑精度与实时性, 本文采用二次线性插值方法, 根据 (x0, y0) 点的四个相邻点的灰度值, 插值计算出f (x0, y0) 值。

2 实验结果分析

该系统在当拍摄场景具有一定的纹理信息时, 既使场景中发生光线变化和存在产生局部运动的前景物体时仍具有较好的稳像效果。实验结果如图1所示。

摘要：本文设计了一种适用于移动摄像设备获取的视频序列的不稳定视电子频稳像算法。实验结果表明该算法在当拍摄场景具有一定的纹理信息时, 具有较好的稳像效果。

关键词：视频稳像,运动估计,运动平滑

参考文献

[1] 罗诗途, 张王己.一种基于特征匹配的实时电子稳像算法[J].国防科技大学学报, 2005, 27 (3) :46～48.

[2] 孟龙, 林行刚.视频抖动补偿系统的运动滤波[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2005, 45 (1) :41～45.

[3] Song Li, Zhou Yuan hua, Zhou Jun.Robust Video Stabilization Based on Motion Vectors[J].Journal of Shanghai University (English Edition) , 2005, 9 (1) :46～51.