专利名称：基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法
技术领域：
本发明主要涉及ー种图像处理方法，具体指一种基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法。
背景技术：
随着摄像设备应用的日益广泛，摄像平台变得越来越多祥化。通过车载摄像系统、手持摄影设备、飞机或者舰船摄影平台等得到的视频信号往往会因为摄像机的运动而发生抖动。视频抖动不仅会影响视觉效果，容易使观看者产生晕眩进而导致误判和漏判，并且给进ー步的图像处理带来困难。如何将这些视频信号转化为高质量的稳定视频具有重要的理论意义和实用价值。按视频稳像原理来分，常用的稳像装置可以分为三类机械式稳像，光学稳像和电子稳像。电子稳像作为ー种新型稳像技木，较之传统的陀螺仪稳像，减震装置稳像及光学稳像等具有结构简单，设备体积小，价格低，功耗小等明显优势。电子稳像系统的算法包括块匹配算法，代表点匹配算法，灰度投影算法，位平面匹配算法，光流场法，频域估计法等等。其中块匹配算法以算法实现简单，复杂度低，エ业应用程度广泛著称，但传统的块匹配算法存在以下两点主要问题首先是搜索精度与算法时间复杂度间的矛盾，其次为视频图像全局运动与局部运动的区分问题。
发明内容
本发明针对传统块匹配稳像算法的问题，提供了一种基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法。其包括如下步骤首先对输入亮度分量图像进行下采样处理；然后对亮度分量下采样图像内M个搜索块进行设定范围的全捜索，输出各捜索块运动矢量及SAD统计信息；根据亮度分量下采样图像各搜索块SAD统计信息判断其运动矢量有效性，再对有效捜索块运动信息统计“运动方向”与“运动大小”相似度，选取相似度最高者作为最佳运动矢量并输出；将亮度分量下采样图像最佳运动矢量在亮度分量原始图像等比例放大后，进ー步做设定范围求精全捜索，并输出亮度分量原始图像最终运动矢量；对一定时间间隔内亮度分量原始图像运动轨迹低通平滑滤波，并计算输出最终图像补偿量；根据最终图像补偿量对当前图像进行补偿；与现有的块匹配稳像技术相比，本发明优点在于1、计算复杂度低。采用分层快匹配，大范围捜索工作在下采样图像中进行，而原始图像仅进行小范围精细搜索，大幅降低计算复杂度；2、捜索精度高。在下采样图像与原始图像中均采用全捜索，保证运动矢量精确性；3、有效区分全局运动与局部运动，提高稳像的主客观性能。选取合适的搜索块大小，并通过SAD统计信息及运动矢量相似程度选取最优下采样图像运动矢量。
图I为基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法整体流程图，图2为下采样图像最佳运动矢量选取流程图；图3为FIR低通滤波示意具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进ー步详细说明。如图I所示，本发明的基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法包括以下步骤第一步,输入图像预处理。分别在水平及垂直方向对输入图像亮度分量进行N倍下采样处理。
第二歩，下采样图像运动搜索。在下采样图像中分别对M个搜索块进行设定范围的全捜索，在搜索过程中统计SAD相关信息，并与运动矢量一起输出。具体步骤如下步骤1，在參考下采样图像中对各搜索块进行全捜索。设搜索窗ロ宽为SW，高为SH，搜索块宽为BW，高为BH，待搜索位置总数为SCAND，搜索块内像素点数目为PNUM,则SCAND = SffXSHPNUM = BW X BH。全搜索块匹配准则为SAD
权利要求
1.基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法，其包括以下步骤 步骤(I):输入图像预处理； 分别在水平及垂直方向对输入亮度分量图像做N倍下采样处理； 步骤(2):下采样图像运动搜索； 分别对亮度分量下采样图像M个搜索块进行设定范围的全捜索，并输出运动矢量及SAD统计信息； 步骤(3):下采样图像运动信息提取； 根据亮度分量下采样图像各搜索块SAD统计信息判断其运动矢量有效性，再对有效捜索块统计运动矢量相似度，选取相似度最高者作为亮度分量下采样图像最佳运动矢量输出； 步骤(4):原始图像精细搜索； 将亮度分量下采样图像最佳运动矢量在亮度分量原始图像等比例放大后，在亮度分量原始图像做设定范围求精全捜索，并输出亮度分量原始图像最终运动矢量； 步骤(5):运动轨迹滤波； 对一定时间间隔内亮度分量原始图像运动轨迹做低通平滑滤波，并计算输出最终图像补偿量； 步骤(6):运动补偿； 根据最终图像补偿量对当前图像进行补偿。
2.根据权利要求I所述基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法，其特征在于所述步骤(2)下采样图像运动搜索具体包括以下步骤 步骤I :对各搜索块进行全捜索； 设搜索窗ロ宽为SW，高为SH，搜索块宽为BW，高为BH，待搜索位置的总数为SACND，搜索块内像素点数目为PNUM,则SCAND = SffXSHPNUM = BffXBH ； 步骤2 :在全搜索过程中统计SAD信息AVAILi, i = 0,1,2,3,……，M，i为搜索块索弓I，设TO为自然数，CURSAD为搜索块当前位置SAD值，搜索块极小SAD阈值为MINSAD，则MINSAD = PNUM X PNUM ； 各搜索块在遍历SCAND个搜索位置时，若当前位置CURSAD小于等于MINSAD，则相应AVAILi加上固定増量，反之，相应AVAILi保持不变。
3.根据权利要求I所述基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法，其特征在于所述步骤(3)下采样图像运动信息提取具体包括以下步骤 步骤I :根据亮度分量下采样图像运动搜索输出的SAD统计信息判断各捜索块运动矢量有效性； 设Tl为自然数，且O < = Tl < = SCAND,若搜索块i的AVAILi小于Tl则该搜索块运动矢量有效，反之，该搜索块运动矢量无效。具有有效运动矢量的捜索块称为有效块，反之，称为无效块； 步骤2 :对有效块进行运动矢量相关性统计 设有效块i的水平运动矢量为Xi，有效块i的垂直运动矢量为Yi，SIMXi为亮度分量下采样图像M个搜索块中运动矢量水平分量为Xi的有效块数目，SIMYi为为亮度分量下采样图像M个搜索块中运动矢量垂直分量为Yi的有效块数目，有效块i的运动矢量相似度为SIMi, PJSIMi = SIMXi+SIMYi ； 求取全部有效块的运动矢量相似度，取运动矢量相似度最大的有效块运动矢量为亮度分量下采样图像最优运动矢量。
4.根据权利要求I所述基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法，其特征在于所述步骤(5)运动轨迹滤波具体包括以下步骤 步骤I :运动轨迹统计； 设i，η为自然数，表示输入图像帧索引，权利要求I步骤(4)输出的第η帧原始图像最終水平运动矢量为Χη，权利要求I步骤(4)输出的第η帧原始图像最終垂直运动矢量为Yn,第i巾贞相对于第O巾贞的水平偏移位置为SUMXi,第i巾贞相对于第O巾贞的垂直偏移位置为SUMYi，则
全文摘要
本发明公开了一种基于分层块匹配的实时数字视频稳像方法。其包括如下步骤首先对输入图像做下采样处理；然后对下采样图像内M个搜索块进行设定范围的全搜索；在下采样图像搜索块中选取最佳运动矢量并输出；根据下采样图像最佳运动矢量在原始图像中进一步做求精全搜索，并输出原始图像最终运动矢量；对原始图像运动轨迹低通平滑滤波，并计算图像补偿量；根据图像补偿量对当前图像进行补偿；本发明方法实时性高，能有效区分全局与局部运动，适应各种振动频率与幅度，鲁棒性强。
文档编号H04N5/21GK102665033SQ20121013834
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者汤博, 王林, 黎鸿 申请人:长沙景嘉微电子有限公司