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视频序列电子稳像技术研究

作　者: 卓磊
导　师: 何凯
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 电子稳像运动参数估计仿射变换运动补偿图像拼接
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电子稳像EIS(Electronic Image Stabilization)是一种视频序列稳定技术,主要是应用计算机数字图像处理的方法来确定图像序列的帧间偏移,并通过运动补偿来消除或减轻视频图像帧间的平移、旋转、缩放等非正常运动,以获得清晰而稳定的图像序列。该技术具有体积小、价格低、灵活性强、精度高及高智能化等特点,便于实现设备的小型化和轻量化,在各个领域得到了广泛应用。电子稳像系统主要是由图像预处理、运动估计和运动补偿三个部分组成。其中视频序列帧间的运动矢量估计最为关键,估计算法的精准性和实时性极大影响着电子稳像系统的性能。本文首先对视频抖动的原因和状态进行了分析,将抖动运动分为固定场景、扫描运动场景、固定运动目标的动态场景以及有前景目标等四种情况。针对有前景小运动目标的场景视频,利用基于特定模块匹配的快速电子稳像算法,应用块绝对差分法去除前景目标,并通过设定阈值预判某个模块是否具有足够的梯度信息来估计运动矢量,最后采用牛顿迭代法求解帧间运动参数,提高了稳像算法的估计精度和速度。针对固定运动目标的动态场景和无前景运动目标的视频,本文提出基于时空梯度的多分辨率目标跟踪稳像算法,通过划定有效的运动估算区域进行目标跟踪,并建立高斯金字塔图像,在初估计的基础上进行精估计,以快速估算出帧间平移、旋转以及缩放等运动矢量。针对扫描运动场景视频,应用滤波补偿算法去除摄像机的随机抖动分量,实现扫描运动视频的稳定。另外,为了减少视频稳像过程中出现的信息损失,本文根据帧间序列的相似性,利用视频拼接算法恢复视频丢失的信息,从而保证了视频图像的完整性。本文对实际拍摄视频进行了稳像处理,并对算法的稳像效果进行了客观评价。实验结果表明,稳定后图像序列各帧间的峰值信噪比都有显著提高,稳像效果良好,证明了本文算法的有效性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题的研究背景及意义  7-8
  1.2 电子稳像技术的发展概况  8-10
  1.3 电子稳像技术中的主要问题  10-11
  1.4 本文的主要研究工作和论文的组织结构  11-12
第二章电子稳像技术的基本方法  12-24
  2.1 视频稳像原理概述  12-13
  2.2 视频图像的运动模型  13-14
  2.3 电子稳像常用算法  14-20
    2.3.1 灰度投影算法  14-16
    2.3.2 特征点匹配算法  16-18
    2.3.3 块匹配算法  18-19
    2.3.4 光流方程法  19-20
  2.4 电子稳像的运动补偿理论分析  20-22
    2.4.1 固定帧补偿法  20-21
    2.4.2 逐帧补偿算法  21
    2.4.3 运动滤波  21-22
  2.5 电子稳像的质量评价方法  22-23
  2.6 小结  23-24
第三章视频稳像算法的研究  24-41
  3.1 实际视频序列运动状态分析  24-25
  3.2 基于时空梯度的多分辨率目标跟踪稳像算法  25-31
    3.2.1 视频帧间的变换模型  26-28
    3.2.2 基于时空梯度的多分辨率运动估计  28-30
    3.2.3 运动补偿  30-31
    3.2.4 图像拼接  31
  3.3 基于特定模块匹配的快速电子稳像算法  31-37
    3.3.1 前景目标的分离与特定估算模块的选取  32-34
    3.3.2 特定模板匹配准则和搜索策略  34-36
    3.3.3 全局运动矢量估计与运动补偿  36-37
  3.4 扫描运动的场景视频电子稳像算法  37-40
    3.4.1 全局运动矢量提取  38
    3.4.2 帧间运动分量平滑滤波与运动补偿  38-40
  3.5 小结  40-41
第四章视频电子稳像的实验结果及分析  41-55
  4.1 基于时空梯度的多分辨率目标跟踪算法稳像结果与分析  41-45
    4.1.1 全局运动估计的仿真实验分析  41-43
    4.1.2 稳定视频输出结果与分析  43-45
  4.2 基于特定模块匹配的快速稳像算法  45-51
    4.2.1 特定块的选取和匹配的实验结果与分析  45-48
    4.2.2 全局运动估计的仿真实验分析  48-50
    4.2.3 稳像的实验结果  50-51
  4.3 扫描视频稳像实验仿真结果与分析  51-55
    4.3.1 全局运动估计的仿真实验分析  51-53
    4.3.2 帧间运动参数滤波的实验结果与分析  53
    4.3.3 扫描场景稳像结果  53-55
第五章结论与展望  55-57
  5.1 论文的主要研究工作  55-56
  5.2 问题与展望  56-57
参考文献  57-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

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