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基于数字图像的运动估计算法研究

作　者: 吴家谷
导　师: 徐之海；冯华君
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像处理 运动估计 图像配准 相位相关 图像复原 实时稳像
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着成像技术和计算机技术的发展,数字图像处理技术在越来越多的领域得到应用,如生物医学、信息科学、天文学、资源环境科学等各种领域。新生的应用领域也对原有的图像处理技术提出了更高的要求。其中,运动估计算法作为图像处理的基础技术之一,是图像拼接、图像复原、实时电子稳像、遥感图像超分辨率重建、高动态对比度(HDR)图像构建等图像处理技术的重要组成部分,在其中扮演着十分重要的角色。本文展开了对运动估计算法的研究。论文首先介绍了课题研究的背景、意义,再从像移产生的过程出发,建立了运动估计模型。然后按照基于图像灰度信息和基于图像特征的分类,展开讨论了现有常见运动估计算法的原理和实现方法,分析了它们各自的特点。再结合前人的工作和自己的探索,从亚像素精度获取、计算效率优化和鲁棒性提高三方面,介绍了多种提高运动估计算法性能的方法。这三方面的性能提升方法最后也都应用到了具体的运动估计算法中,对算法的改进明显。在前面的这些研究基础上,论文提出并且实现了一种加权相位相关算法,该算法首先通过加窗、低通截频等处理抑制随机噪声和非理想采样对算法精度、鲁棒性的影响。然后再通过频域加权处理的方式,给信噪比高的频率分量添加高权重,增加它们对相关峰的贡献,从而提高相关峰的信噪比,提高了算法的精度和鲁棒性。在实验部分,本文设计了一套包括仿真和实拍的实验方案,用它来测试、比较不同运动估计算法的性能,能比较客观全面地反映算法特点。最后,将运动估计算法实际应用于面阵图像复原和实时电子稳像两个系统中,通过实践检验运动估计算法的性能。本文主要有三个创新点,第一,提出了多种提高运动估计算法性能的方法,尤其是对噪声和非理想采样的抑制方法。第二,在经典相位相关算法的基础上,提出了一种加权相位相关算法。实验证明该方法性能优异。第三,在面阵图像运动模糊复原中,提出了一种新的由运动轨迹计算模糊核的方法。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第1章 绪论  12-17
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 研究现状  13-15
  1.3 本文主要工作与创新点  15-17
第2章 经典运动估计算法  17-31
  2.1 运动估计模型  17-18
  2.2 基于图像灰度信息的运动估计算法  18-24
    2.2.1 块匹配法  18-19
    2.2.2 灰度投影法  19-20
    2.2.3 位平面匹配算法  20-21
    2.2.4 相位相关法  21-22
    2.2.5 互相关法  22-24
  2.3 基于图像特征的运动估计算法  24-30
    2.3.1 边缘检测方法  24-26
    2.3.2 SIFT估计方法  26-30
  小结  30-31
第3章 运动估计方法性能提升研究  31-53
  3.1 亚像素精度的获取  31-42
    3.1.1 多项式插值  32-34
    3.1.2 多项式拟合  34-38
    3.1.3 Shekarforoush方法  38-41
    3.1.4 Stone方法  41-42
  3.2 算法计算效率的优化  42-48
    3.2.1 搜索策略  42-44
    3.2.2 ROI-DFT变换  44-46
    3.2.3 FFTW函数库  46-48
  3.3 算法鲁棒性的提高  48-53
    3.3.1 随机噪声  48-49
    3.3.2 频谱混叠  49-51
    3.3.3 频谱泄露  51-53
第4章 加权相位相关算法  53-68
  4.1 背景  53-54
  4.2 算法原理及实现  54-58
  4.3 权重系数的选择  58-62
  4.4 算法性能测试实验  62-65
  4.5 运动估计算法的比较  65-68
第5章 运动估计算法的应用  68-80
  5.1 面阵图像复原技术  68-74
    5.1.1 系统结构  69-70
    5.1.2 运动估计算法选择  70
    5.1.3 模糊核计算模型  70-72
    5.1.4 实验效果  72-74
  5.2 实时电子稳像系统  74-80
    5.2.1 系统结构  74-75
    5.2.2 运动估计算法选择  75-77
    5.2.3 实验效果  77-80
第6章 总结与展望  80-83
  6.1 完成工作和研究成果  80-81
  6.2 有待进一步解决的问题  81-83
参考文献  83-86
硕士期间发表的论文&申请的专利  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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