電子穩(wěn)像是基于圖像處理的視頻防抖技術(shù)，相比機械和光學(xué)防抖，有很多優(yōu)勢，如其不需要專門硬件平臺支持、算法可移植性強、維護方便，并且能進行在線視頻處理和視頻后期修復(fù)等無法替代的工作。這些特點使電子穩(wěn)像技術(shù)有良好的應(yīng)用前景，目前已在交通、航空、軍事偵查等領(lǐng)域有了不少應(yīng)用。隨著電子器件運行速度快速提升，功耗不斷下降，為電子穩(wěn)像算法的實現(xiàn)提供了越來越出色的硬件支持，進一步促進了這項技術(shù)的工程應(yīng)用，目前電子穩(wěn)像技術(shù)已成為圖像領(lǐng)域內(nèi)的重要研究方向之一。本文研究了電子穩(wěn)像算法的基本原理，分析了主要環(huán)節(jié)中的經(jīng)典算法缺陷，并做出相應(yīng)改進。 本文首先推導(dǎo)了相機自由運動下成像平面的移動方程，建立相似變換模型。依次分析運動估計、運動濾波和運動補償三部分的經(jīng)典算法，對算法原理和特點做了總結(jié)。 在第三章中研究局部運動向量和全局運動向量的估計。重點對局部運動向量的求取進行深入研究，采用塊匹配和特征匹配兩種方式計算局部運動向量。分析現(xiàn)有塊匹配算法的局限性，提出中心擴展搜索算法，以更優(yōu)越的性能獲得不同抖動范圍下的局部運動向量。應(yīng)用FAST角點作為電子穩(wěn)像局部運動跟蹤的特征點，建立自適應(yīng)閾值調(diào)整策略穩(wěn)定特征點數(shù)目，通過直接匹配方式獲得局部運動偏移量。最后，采用隨機抽樣一致性篩選局部運動向量，應(yīng)用最小二乘法求取全局運動參數(shù)。 第四章研究運動濾波和圖像變換問題。主要研究卡爾曼濾波算法在電子穩(wěn)像中的應(yīng)用，采用基于速度變化的狀態(tài)模型，分析固定高斯噪聲下噪聲方差對濾波效果的影響；應(yīng)用帶有遺忘因子的Sage-Husa自適應(yīng)濾波算法，引入近似計算處理算法易發(fā)散的問題，結(jié)合仿真實驗討論算法的應(yīng)用特點。在圖像變換方面，用累加法代替直接反解法求新圖像像素在原圖中的映射坐標(biāo)，提高變換速度。最后給出圖像補償基本方法和穩(wěn)像性能的評價方式。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：TP391.41
【部分圖文】：

美國和加拿大以外，俄羅斯、以色列、日本、韓國及其他一些發(fā)達(dá)國家在這方面進行深入研究并取得許多成果。2011 年 6 月，AMD 公司在發(fā)布 Llano APU（Accelerated Processing Unit）的同時，展示其出色的 Steady Video 視頻防抖技術(shù)。該技術(shù)可以穩(wěn)定手機或數(shù)碼設(shè)備拍攝下的視頻，并能實時處理在線播放的視頻，兼容任何渲染模式。通過穩(wěn)像算法，在后臺對視頻進行分析，消除其中的晃動和不穩(wěn)定因素，輸出沒有抖動、清晰平穩(wěn)的畫面。根據(jù)視頻演示，可以看出明顯的穩(wěn)像效果。據(jù)AMD公司介紹，Steady Video技術(shù)通過測量幀間平移、旋轉(zhuǎn)及縮放等情況（如圖 1-1），用統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算鏡頭移動的模型，擬合成出一條平滑的移動路徑，對每一幀都進行相應(yīng)校正，使之逐一趨近于平滑路徑，借助相鄰幀像素填補丟失的圖像邊緣，最終合成出新的圖像，完成穩(wěn)定過程。這項技術(shù)充分發(fā)揮了異構(gòu)計算對畫面的優(yōu)化性能，調(diào)動CPU與GPU協(xié)同工作，利用CPU的智能處理和GPU的并行處理、多媒體指令，查找畫面抖動，統(tǒng)計部分由CPU完成，再由GPU完成抖動處理與修正。正是得益于CPU+GPU異構(gòu)計算架構(gòu)及共享內(nèi)存數(shù)據(jù)的設(shè)計，才實現(xiàn)了視頻穩(wěn)像的實時處理。

美國和加拿大以外，俄羅斯、以色列、日本、韓國及其他一些發(fā)達(dá)國家在這方面進行深入研究并取得許多成果。2011 年 6 月，AMD 公司在發(fā)布 Llano APU（Accelerated Processing Unit）的同時，展示其出色的 Steady Video 視頻防抖技術(shù)。該技術(shù)可以穩(wěn)定手機或數(shù)碼設(shè)備拍攝下的視頻，并能實時處理在線播放的視頻，兼容任何渲染模式。通過穩(wěn)像算法，在后臺對視頻進行分析，消除其中的晃動和不穩(wěn)定因素，輸出沒有抖動、清晰平穩(wěn)的畫面。根據(jù)視頻演示，可以看出明顯的穩(wěn)像效果。據(jù)AMD公司介紹，Steady Video技術(shù)通過測量幀間平移、旋轉(zhuǎn)及縮放等情況（如圖 1-1），用統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算鏡頭移動的模型，擬合成出一條平滑的移動路徑，對每一幀都進行相應(yīng)校正，使之逐一趨近于平滑路徑，借助相鄰幀像素填補丟失的圖像邊緣，最終合成出新的圖像，完成穩(wěn)定過程。這項技術(shù)充分發(fā)揮了異構(gòu)計算對畫面的優(yōu)化性能，調(diào)動CPU與GPU協(xié)同工作，利用CPU的智能處理和GPU的并行處理、多媒體指令，查找畫面抖動，統(tǒng)計部分由CPU完成，再由GPU完成抖動處理與修正。正是得益于CPU+GPU異構(gòu)計算架構(gòu)及共享內(nèi)存數(shù)據(jù)的設(shè)計，才實現(xiàn)了視頻穩(wěn)像的實時處理。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第2章 電子穩(wěn)像基本原理.1 引言 視頻是由一系列幀圖像組成的序列集合，相機的運動情況可由拍攝到的視之間變化觀測到。相機做平穩(wěn)運動時，拍攝的視頻圖像變化平穩(wěn)光滑，若相動，則圖像之間的變化顯得突兀而無規(guī)律。電子穩(wěn)像的第一步就是要確定圖之間的運動情況，形成運動軌跡，然后再估計出相機平穩(wěn)運動時圖像應(yīng)在的，分離出抖動部分，得到每幀圖像補償運動向量，做相應(yīng)變換及后續(xù)處理，新的平穩(wěn)視頻序列輸出。
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本文編號：2876637