动态图像序列运动矢量估计算法的研究

运动估计在电子稳像系统中起重要的作用。介绍和比较了几种运动矢量估计算法。为了提高电子稳像系统的性能,提出了在设计电子稳像系统时选取运动矢量估计算法的原则。通过比较应用在航摄图像序列中的投影算法和匹配算法的性能,说明了如何应用运动矢量估计算法的原则。仿真结果表明,根据此原则选取的运动矢量估计算法应用于电子稳像系统是可行的。     

一种基于特征块匹配的电子稳像方法

提出一种基于特征模块匹配的图像稳定的算法.该算法自适应地搜索图像特征模块进行后续稳像操作.在稳像过程中,提出一种图像特征匹配的快速算法,匹配得到局部运动矢量,然后对匹配结果进行一致性检验,最后采用可变窗口宽度的均值滤波法对图像序列运动轨迹滤波.试验表明,该算法有效地稳定了图像序列,并且满足实时性要求.     

基于特征匹配的电子稳像优化技术

针对特征匹配的电子稳像算法存在特征点提取耗时多、准确度不高以及特征点误匹配等问题,从特征点提取及特征点匹配两个方面采取了优化措施,采用基于快速分割特征点提取算法更快地提取特征点,并把特征点定位准确度提高到亚像素级;引入随机采样一致性算法消除误匹配的特征点对,减少场景中局部运动的影响,提高了全局运动参量的估计准确性.实验结果表明,经优化技术处理后,视频稳像准确度高、速度快,能够在存在平移、缩放、旋转及局部有相对运动等情况时保持良好的视频稳像效果.     

基于特征匹配的电子稳像优化技术

针对特征匹配的电子稳像算法存在特征点提取耗时多、准确度不高以及特征点误匹配等问题,从特征点提取及特征点匹配两个方面采取了优化措施,采用基于快速分割特征点提取算法更快地提取特征点,并把特征点定位准确度提高到亚像素级;引入随机采样一致性算法消除误匹配的特征点对,减少场景中局部运动的影响,提高了全局运动参量的估计准确性.实验结果表明,经优化技术处理后,视频稳像准确度高、速度快,能够在存在平移、缩放、旋转及局部有相对运动等情况时保持良好的视频稳像效果.     

一种补偿平移与旋转运动的快速电子稳像算法

针对视频图像序列的非稳特性,研究了电子稳像算法中灰度投影算法和块匹配算法各自的不足之处,提出了一种快速补偿视频图像序列间平移及旋转运动的稳定成像算法.该算法先采用灰度投影算法估计并补偿视频图像序列间的平移运动,再利用拉普拉斯变换在靠近图像的边缘区域选取几个具有明显特征的小块,运用块匹配算法进行匹配,计算并补偿其旋转运动量,以得到稳定的视频图像序列.通过理论分析和实验验证,表明这种稳像算法具有速度快、准确度高的特点.     

基于角点匹配的电子稳像算法

提出了一种基于角点匹配的电子稳像算法。分析了Harris角点检测的原理。获得角点后,根据相邻帧对应角点的坐标分布,建立当前帧与参考帧的映射关系,并运用仿射变换模型,以最小二乘解的形式获得帧间全局运动估计矢量。最后,采用Kalman滤波器对运动估计矢量作低通滤波,平滑运动参数,获得运动补偿矢量,实现视频序列的实时稳像。实验表明该算法较好地去除了视频序列的高频抖动,同时保留了摄像机的主动运动,稳像后视频序列的峰值信噪比明显提高。     

基于时间序列预测的电子稳像算法研究

块匹配电子稳像算法是一种稳定性好、准确度高的电子稳像算法.块匹配算法在目标区域中从起始点到匹配点进行搜索时,需要对图像块进行反复匹配,计算量大、实时性差成为限制其应用的主要问题.本文从缩小块匹配算法搜索范围的思想出发,提出了一种利用时间序列预测来确定最优搜索起始点的电子稳像算法.根据图像序列全局运动矢量的内部统计特性,选择合适的时间序列模型;采用AIC准则和Durbin-Levinson递推算法估计模型的阶次和参量,并通过残差检验对模型进行检验和更新.利用建立的时间序列模型和历史数据对当前时刻全局运动矢量进行最优预测,并将其作为搜索起点来进行下一步精确搜索.实验结果证明,时间序列预测方法有效缩小了块匹配算法的搜索范围,使计算速度得到较大幅度的提高,并可直接推广到其它电子稳像算法中.     

多模自适应电子稳像算法研究

电子稳像算法的主要目的是解决摄像机随机运动导致的图像序列的帧间抖动问题。根据摄像机成像模型,推导了摄像机平移振动和旋转运动对图像运动的影响,阐明了电子稳像算法中各种图像运动模型的物理成因,指出了模型之间的内在联系。提出了一种多模自适应电子稳像算法,根据摄像机工作时图像序列抖动的剧烈程度,自适应地选择适当的图像运动模型和相应的运动估计方法。实验结果表明,该算法在各种情况下都能实现对图像序列的高精度稳定,有效地提高了电子稳像算法的适用性。     

基于特征匹配的快速鲁棒数字稳像

针对手持移动摄像装置拍摄视频序列相邻帧间存在平移、小角度旋转运动,而且易受噪声、光照变化的影响等问题,提出一种基于优化Oriented FAST and rotated BRIEF(ORB)特征匹配的实时鲁棒电子稳像算法。对相邻帧预处理后用Oriented FAST算子检测特征点,再用Rotated BRIEF描述提取的特征点并采用近邻汉明距离匹配特征点对,然后采用级联滤波去除误匹配点对,最后使用迭代最小二乘法(ILSM)拟合模型参量进行运动补偿实现稳像。图像匹配测试和稳像实验结果表明:基于改进的ORB算法的电子稳像方法补偿每一帧的时间均小于0.1 s,定位精度可达亚像素级,能有效补偿帧间平移旋转运动,而且对噪声和光照变化有较强鲁棒性。经稳像处理后,实拍视频质量明显提高,峰值信噪比（PSNR）平均提高了10 db。     

船载摄像系统的一种电子稳像算法

提出了一种新的船载摄像系统的电子稳像算法———水天线稳像算法。算法的模型是基于船载摄像机运动和视频图像运动关系建立的。介绍了水天线的特点以及水天线稳像算法的实现,并利用水天线稳像算法对船载摄像系统获取的视频图像序列进行了稳像处理。实验结果表明,该算法具有稳像精度高、实时处理能力强的优点,实际应用效果较好。     

The application of improved block-matching method and block search method for the image motion estimation

Image block matching is one of the motion estimation methods for video inter-frame coding and digital image stabilization. The methods used for matching and searching will greatly affect the accuracy and speed of block matching. The block matching method based on the oblique vectors is suggested in this paper where matching parameters contain both horizontal and vertical vectors in the image blocks at the same time. Improved matching information can be obtained after making correlative calculations in the oblique direction. A novel search method of matching block based on the idea of simulated annealing is presented in this paper to improve the searching speed, accuracy and robustness in the fast operation of the block-matching motion estimation. The simulated annealing algorithm can easily escape from the trap of local minima effectively. With the two methods the block matching can be used for motion estimation at the real-time image processing system and high estimation accuracy can be achieved. An image stabilization system based on DSP (Digital Signal Processing) system is developed to verify this algorithm. Results show that both the matching accuracy and the search speed are improved with the methods presented.     

不同模糊尺度下运动模糊方向的鉴别

为了有效减弱高动态环境对图像采集的干扰,利用模糊图像的频谱特性,提出了一种适合不同模糊尺度的运动模糊方向估计方法。该方法对比不同模糊尺度图像频谱中心亮条纹边缘特征的差别,通过计算其曲率半径实现不同模糊尺度图像的量化鉴别,在确定图像模糊尺度的大小之后,分别利用倒频谱、二次傅氏变换对模糊图像频谱中心亮线特征进行提取,考虑图像高宽比、中心十字亮线的不利影响,在二值化处理的基础上剔除十字亮线,通过亮线特征点直线拟合完成模糊方向估计。实验结果表明,该算法能够有效鉴别不同模糊尺度的运动模糊方向,估计精度较其他同类算法更高,相对误差率均小于0.02。     

实时运动结构重建在自主导航系统中的应用

实时运动结构重建是自主车辆、机器人导航、空间探测器自主降落、智能监控等领域中的重要研究课题。目前实时运动结构重建主要存在着特征匹配困难、鲁棒性差、系统无法自动获取初始参数和需要大量人工干预等诸多问题。利用高速CMOS摄像机与惯性传感数据融合提高了运动结构重建算法的精度及其鲁棒性。该算法在扩展卡尔曼滤波框架下是通过融合惯性与视觉传感器的数据来进行运动估计的。对场景中的每一个待估计结构的特征点建立对应的卡尔曼滤波器,以估计其空间三维结构信息。运动估计模块与结构估计模块交替运行,减小了系统运算的复杂度,提高了实时性能。通过对真实场景图像序列的实验验证结果表明,惯性传感器的额外信息能够有效地提高运动结构估计的精度,能够增强算法的鲁棒性。     

基于立体视觉的空间运动分析

利用摄影测量方法和计算机视觉技术得出了一套完整的、由双目立体序列图像确定场景中目标运动信息的方法与步骤。讨论了双目立体视觉系统的在任检校,相关系数和松弛法相结合基于点特征的物体运动、立体匹配,运动前后三维特征点的对应,以及利用能减少待定变量、降低计算复杂性、提高算法精确性的反对称矩阵分解算法求解运动参数(R和T)等问题。给出了从一组真实图像中获取目标运动参数的计算结果。     

基于红外图像编码的运动预测相关算法

针对运动预测过程中单一匹配准则的不足提出了一种联合匹配准则,能较好地处理小目标的灰度渐变。基于运动预测过程中不断进行的像素块匹配运算提出了一种新的像素抽样算法,该算法使得运算量大大减少,匹配精度逼近全像素匹配算法。这两种技术的综合应用使得整个运动预测效率有较大改善。     

Block-based motion estimation algorithms — a survey

In the multi-view video coding, both temporal and inter-view redundancies can be exploited by using standard block-based motion estimation (BBME) technique. In this paper, an extensive review of BBME algorithms proposed within the last three decades is presented. Algorithms are divided into five categories: 1) based on the search position number reduction; 2) multiresolution; 3) based on the simplification of matching criterion; 4) fast full search; 5) computation-aware. Algorithms are compared in terms of their efficiency and computational complexity.     

Image hiding based on near-optimal moiré gratings

Image hiding based on time-averaged fringes produced by non-harmonic oscillations and near-optimal moiré gratings is presented in this paper. The secret image is embedded into the background moiré grating. Phase matching and initial stochastic phase scrambling algorithms are used to encrypt the image. The decoding of the image is completely visual. The embedded secret image appears when the encrypted image is oscillated in a predefined direction, according to a predefined law of motion. No secret is leaked when the encrypted image is oscillated harmonically at any amplitude of oscillation. The criterion of the optimality of a moiré grating serves as a fitness function for evolutionary algorithms which are used to identify a near-optimal moiré grating for image hiding applications. Numerical experiments are used to illustrate the functionality of the method.     

基于SIFT匹配的全局运动估计方法

提出了一种基于SIFT(Scale invariant feature transform)匹配的全局运动估计算法.在SIFT初匹配的基础上,对每一个原始匹配特征点,利用所在尺度的邻域灰度信息,对其加权平均后再进行匹配,进而去除误配点.精炼后的匹配点集合作为求解全局运动参数模型的对应数据,采用最小二乘法计算模型参数.在...     

电子稳像的分层位平面全局运动估计算法

提出一种分层位平面匹配的快速全局运动估计算法.算法充分利用多分辨率思想,在每一层选用不同位平面进行匹配以找到运动矢量|利用层内块运动的空间相关性和层间矢量传递性,来自适应地选择搜索起始点|同时设定阈值,对运动矢量满足准确度的子块,直接结束搜索|将所得到的各子块的运动矢量作为集合,根据其统计规律,找到出现概率最大的样本作为正确的全局运动矢量.实验表明,该算法计算速度快,且与块匹配全搜索相比,其误差小于半个像素,能够达到快速准确进行全局运动估计的能力.