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基于投影的数字视频稳像技术研究

作　者: 梁维伟
导　师: 马晓红
学　校: 大连理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 数字稳像去抖动平移运动旋转运动运动矢量估计运动补偿
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
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内容摘要

自然条件下拍摄的视频通常不可避免地会受到外部环境的干扰,导致采集的视频画面间存在不同形式的移位,通常称之为视频抖动,抖动会严重降低视频的视觉质量,也会降低一些视频智能分析系统的分析效果。多年以来,抑制抖动的方式经历了机械稳像、光学稳像和数字稳像三个阶段。随着电子技术的发展和数字视频的广泛应用,有效的数字稳像技术对提高视频质量起着越来越重要的作用。本文在阅读了国内外大量相关文献的基础上,对数字稳像的研究现状进行了总结,同时分析了当前数字视频稳像领域亟待解决的技术问题。本论文主要做了以下几个方面的研究工作：(1)对现有数字稳像技术进行了详细的理论分析和对比。首先,总结了视频抖动特点,并针对不同类型的抖动建立数学模型。其次,对已有的平移和旋转运动矢量估计算法的基本原理及技术特征等进行了介绍和对比。最后,介绍了当前应用较多的运动补偿算法的基本原理,并给出了一种针对补偿分量的约束方法。(2)针对简单平移形式的视频抖动,给出了一种可以对高清视频进行实时稳像处理的方法。该方法首先采用多区域的灰度投影法进行运动矢量估计,通过多个局部运动矢量的中值来获得较稳定的全局运动矢量；然后采用卡尔曼滤波技术计算抖动分量,并利用补偿分量约束方法获得有效的补偿参数,从而校正视频中的平移抖动。(3)针对平移加旋转混合形式的视频抖动,给出了一种稳像精度和鲁棒性较高的快速稳像方法。该方法采用两步法完成运动矢量估计,首先通过灰度投影法汁算平移运动矢量,在此基础上配准图像旋转中心,并采用圆周投影法计算旋转运动矢量；最后通过卡尔曼滤波和图像插值技术对图像进行校正,从而获得稳定的视频输出。针对以上两种稳像方法,本文进行了大量的计算机仿真实验,对方法的实时性、精度和鲁棒性等进行了测试,并与当前国内外的同类型稳像算法进行了对比实验,计算机仿真实验结果表明,本文方法均取得了较理想的效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 选题的目的、背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本论文的主要工作及各章节安排  12-14
2 数字视频稳像理论分析  14-30
  2.1 视频抖动特点及模型  14-15
  2.2 数字视频稳像的基本原理  15-16
  2.3 平移运动矢量估计算法  16-21
    2.3.1 块匹配法  16-17
    2.3.2 代表点跟踪法  17-18
    2.3.3 位平面匹配法  18-19
    2.3.4 灰度投影法  19-21
    2.3.5 特征点匹配法  21
  2.4 旋转运动矢量估计算法  21-23
    2.4.1 基于最小二乘的仿射模型参数估计算法  21-22
    2.4.2 圆周投影法  22-23
  2.5 动补偿算法  23-27
    2.5.1 低通滤波  23-24
    2.5.2 动矢量累加法  24-25
    2.5.3 卡尔曼滤波  25-27
  2.6 未定义区域处理方法  27-28
  2.7 本章小结  28-30
3 补偿平移抖动的快速稳像方法  30-45
  3.1 基本原理及流程  30-31
  3.2 基于灰度投影法的全局运动矢量估计  31-33
    3.2.1 多区域局部运动矢量估计  31-32
    3.2.2 中值法计算全局运动矢量  32-33
  3.3 运动补偿及视频输出  33-39
    3.3.1 基于卡尔曼滤波的运动矢量平滑  33-37
    3.3.2 补偿分最抑制及图像校正  37-39
  3.4 稳像输出及对比分析  39-44
    3.4.1 实验仿真环境及测试数据  39-40
    3.4.2 实验仿真及对比结果  40-44
  3.5 本章小结  44-45
4 补偿平移及旋转运动的快速稳像方法  45-54
  4.1 视频平移及旋转运动的特点及数学模型  45
  4.2 针对平移及旋转的快速稳像方法  45-49
    4.2.1 平移矢量估计  46-47
    4.2.2 旋转矢量估计  47-48
    4.2.3 运动补偿  48-49
  4.3 计算机仿真实验结果及分析  49-53
  4.4 本章小结  53-54
结论  54-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

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