基于SIFT的视频稳定化算法研究

论文摘要

在摄像过程中,经常会由于摄像载体的不稳定造成输出视频的抖动,这对于视频的观看或处理都是不利的。电子视频稳像技术的目的就是消除目标视频中的抖动,从而得到流畅的视频画面。它是利用计算机图像处理技术来实现图像序列稳定的新一代稳像方法,具有稳像精度高、功耗低、体积小及成本低等优点,是稳像领域发展的主要方向,具有广泛的应用前景。电子视频稳像系统主要包括运动估计、运动滤波及运动补偿三个模块。其中运动估计模块的目的在于估计帧间全局运动,运动滤波可以有效去除无意的抖动而保留摄像机有意的正常扫描运动,运动补偿用获得的修正的运动参数把每帧图像校正到正确位置。其中运动矢量估计最为关键,它直接决定了电子稳像系统的性能。本文对经典的块匹配运动估计算法进行了深入研究,对目前的主流算法如三步搜索、四步搜索、菱形搜索等算法基本原理进行了研究和探讨,并通过实验比较了上述方法的优缺点。通过基于块匹配的稳像算法研究,本文详细阐明了电子稳像的原理、方法和处理过程。进而以复杂运动视频为处理对象,提出了一种基于SIFT匹配的全局运动估计算法,该算法具有良好的尺度转换不变性和很强的特征匹配能力。在提高算法精度方面,用RANSAC有效消除SIFT错匹配,并在图像补偿后应用一种新颖的基于运动复原的图像修复技术对图像帧的边缘丢失区进行修复,实现了全帧稳像的出色视觉效果；在算法实时性处理方面,采用SIFT的加速版—SURF算法,实现了视频稳像的实时性,并保证了一定的精度。本文用基于SIFT的稳像算法对图像序列进行稳像处理后,图像序列各帧间的峰值信噪比有了显著提高。最后用Kamplaer视频处理软件将稳定后的视频帧转换成视频播放,与先进的去抖软件Deshaker相比,该稳像算法取得了较为满意的效果。实验结果表明该算法对视频平移、旋转等仿射变换参数能够进行准确估计,使处理后的动态图像序列具有较好的稳定性,有效消除了视频序列的抖动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 视频稳像研究的背景和意义
• 1.1.1 稳像的概念及稳像的必要性
• 1.1.2 稳像技术的分类
• 1.2 电子稳像技术的发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 视频稳像技术中的主要问题及本文的主要研究工作
• 1.4 仿真实验平台
• 1.5 论文的组织
• 第2章 电子稳像理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 抖动和运动模型的分类
• 2.2.1 抖动的介绍
• 2.2.2 运动模型的介绍
• 2.2.3 抖动的分类
• 2.3 图像运动的变换模型及帧间运动类型判定
• 2.3.1 图像运动模型
• 2.3.2 实际视频序列特点分析
• 2.3.3 帧间运动类型判定
• 2.4 电子稳像技术理论分析
• 2.4.1 运动估计技术分析
• 2.4.2 运动滤波技术分析
• 2.4.3 运动补偿技术分析
• 2.5 稳像的评价准则
• 2.5.1 主观评价方法
• 2.5.2 客观评价方法
• 2.6 实时电子稳像算法的特点
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于块匹配的稳像算法
• 3.1 引言
• 3.2 块匹配运动估计原理
• 3.3 块匹配运动估计主流算法
• 3.3.1 三步搜索算法及其改进
• 3.3.2 四步搜索算法
• 3.3.3 菱形搜素算法
• 3.3.4 自适应运动搜索算法
• 3.4 几种主流算法的仿真及结果
• 3.4.1 选取处理对象的原则
• 3.4.2 实验步骤及结果分析
• 3.5 算法分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于SIFT的稳像算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于图像特征的运动估计方法
• 4.2.1 边缘匹配法
• 4.2.2 特征量跟踪法
• 4.2.3 特征点匹配法
• 4.3 SIFT算法实现全局运动估计
• 4.3.1 选择SIFT匹配算法的原因
• 4.3.2 SIFT特征匹配算法的实现原理
• 4.4 基于SIFT的视频稳像算法
• 4.4.1 算法流程
• 4.4.2 算法各模块的具体实现
• 4.5 实验结果及分析
• 4.6 基于SURF的全局运动估计
• 4.6.1 SURF算法原理
• 4.6.2 实验结果
• 4.7 算法评价
• 4.7.1 算法的可处理精度评价
• 4.7.2 算法的实时性评价
• 4.7.3 算法误差分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 存在的问题
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢