一种单幅编码图像的自适应视频重建方法
【专利摘要】本发明公开了一种单幅编码图像的自适应视频重建方法。在单次曝光视频重建的过程中，针对通过像素等时长曝光编码方法获得的观测图像，引入自适应搜索运动区域的概念。利用图像中运动物体呈现出的散粒特性，自适应地搜索并重建运动区域，从而节省了重建非运动区域所需的时间，降低了视频重建的时间复杂度，同时避免了重建静态背景时引入的重建误差，增大了重建图像精度。
【专利说明】一种单幅编码图像的自适应视频重建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种单幅编码图像的自适应视频重建方法。
【背景技术】
[0002] 作为压缩感知（Compressive Sensing)理论的一种新应用，视频压缩感知技术可 以用于提高相机时间分辨率，即从低速相机获取高速视频。这类方法首先在时间维度上对 每个像素进行曝光编码，通过对像素的曝光时间调制得到经过编码的观测图像，再利用各 种重建算法对观测图像重建，获得一系列视频图像，从而增大了相机的时间分辨率。重建算 法方面，主要分为基追踪（Basis Pursuit,BP)算法和匹配追踪（Matching Pursuit,MP)算 法。前者主要有TwIST、GAP等算法，该类方法采用更易处理的稀疏度量函数（如h范数） 来代替非凸的1〇范数，通过最小化^范数将信号稀疏表示问题定义为一类有约束的极值问 题，进而转化为线性规划问题进行求解。匹配追踪算法中使用最广泛的的为0MP算法，主要 思想是在基函数（或字典）中找到一个其标记看上去与数据相关的原子，在数据中去除这 个标记的所有印记，不断重复直到能用原子标记"解释"所有的数据。对于0MP算法，由于 算法需要利用到字典，因此可以通过改进字典来提高算法重建精度，通常使用KSVD算法对 所用的字典进行训练。单从结果上来看，基于KSVD字典训练的0MP算法无疑有着更高的重 建精度，但MP类算法重建所需的时间往往是BP类算法的几倍甚至几十倍以上，过高的时间 复杂度严重制约了该算法的应用。
[0003] 在单幅观测图像的视频重建中，像素曝光编码有着各种方式，这里针对各像素曝 光时长相等的编码方式。此种编码方式的特点在于，由于各像素曝光时长相同，因此静态背 景区域清晰，而运动区域呈现散点装特性。这种散点特性可用于自适应地搜索运动区域，达 到降低计算时间，提高重建精度的目的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是在单次曝光视频重建的过程中，针对通过像素等时长曝光编码方 法获得的观测图像，利用图像中运动物体呈现出的散粒特性，自适应地搜索并重建运动区 域，从而节省了重建非运动区域所需的时间，降低了视频重建的时间复杂度，同时避免了重 建静态背景时引入的重建误差，增大了重建图像精度。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种单幅编码图像的自适应视频重 建方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1.像素编码曝光，具体是：
[0007] 1-1将相机总曝光时间T平均分为N个时间片段，每一个时间片持续的时间为T/ N〇
[0008] 1-2在相机曝光时，控制探测器的各像素，按照保证每个像素的曝光时间相同、曝 光片段连续、曝光起始时间随机的原则进行曝光编码，编码的生成还需满足条件：
【权利要求】
1. 一种单幅编码图像的自适应视频重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1) 像素编码曝光，具体是： (I. 1)将相机总曝光时间T平均分为N个时间片段，每一个时间片持续的时间为T/N; (1. 2)在相机曝光时，控制探测器的各像素，按照保证每个像素的曝光时间相同、曝光 片段连续、曝光起始时间随机的原则进行曝光编码，编码的生成还需满足条件： Σ 5(.v,v,〇>l,t = \,2,…，N (1) (x、V)e尸 其中，采样函数s(x，y，t)e{0，1}，即每个像素只有曝光"1"和关闭"〇"状态，P为探 测器上任意aXa小块，a应满足： a>sjN/k (2) 其中，k为像素曝光长度；得到调制后的图像I(x，y); (2) 自适应运动区域搜索，具体是： (2. 1)计算步骤（1. 2)获得的调制图像I(X，y)的8领域梯度图G(x，y);像素8领域计 算公式为： Σ(，,'/-A',)2 (3) 其中N8(i,j)为像素点（i,j)的8领域； (2.2) 对步骤（2.1)得到的8领域梯度图G(x，y)进行二值化分割，使用开操作去 除毛刺与噪声，最后根据各区域中心距离与区域大小，合并邻近区域，确定运动区域R= Ir1,r2，…，rj，其中rn为第η个区域； (2.3) 扩大步骤（2.2)中的运动区域，扩大倍率为7?，得到扩大后的运动区域R'= Ir/ ,r；/，···，!/}，其中;^'为扩大后的第η个区域； (3) 区域视频重建，具体是： (3. 1)使用重建算法和采样函数对步骤（2. 3)得到的运动区域R'进行视频重建，得到 各运动区域的重建视频3 = _!￡|，￡2,___,￡'"丨_^=^1，612，一，6"}^ 1为区域1的重建视频， eg为区域i重建视频的第j帧； (3. 2)去掉重建视频图像中边缘处的m-Ι行和列，其中m为重建时重建图像块边长，从 而去除因重建带来的黑边； (3.3) 将步骤（3.2)中得到的视频图像放回静态背景中。
2. 根据权利要求1所述一种单幅编码图像的自适应视频重建方法，其特征在于，所述 步骤3. 1中，所述重建算法为OMP算法，所述OMP算法以mXm的图像块进行重建，图像块每 次移动一行或列，重建出的整体图像为各重建图像块的叠加。
【文档编号】H04N5/235GK104320592SQ201410603110
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】陈跃庭, 唐超影, 徐之海, 李奇, 冯华君 申请人:浙江大学