基于灰度投影的铁路道口视频电子稳像

机车过往铁路道口时的震动会导致监控视频图像序列的抖动.为了改善图像质量,获得稳定的监控视频,提出了一种基于灰度投影的道口视频电子稳像方法,该方法利用图像的灰度变化特点,通过灰度映射、投影滤波和运动矢量提取估计出视频帧间运动偏移量,进而进行运动偏移量补偿,实现道口视频图像序列的稳像.仿真实验表明,该方法能够有效实现铁路道口的视频稳像.     

基于分段处理的视频稳像算法

针对视频拍摄过程中出现抖动的问题,本文根据在短时间内摄像机运动轨迹保持不变的观察现象,提出了一种按时间分段处理视频的视频稳像（SPVS）方法。首先提取视频的SURF特征点,用uMLESAC算法快速准确地去除异常点,并使用最小二乘法求解帧间仿射运动模型。然后利用分段方法优化处理视频的仿射运动模型参数。最后利用视频补偿得到稳定的视频文件。实验表明SPVS方法可有效地去除视频中抖动成分。     

基于3D旋转模型的全景视频稳像算法

视频稳像算法是指消除由于手持相机拍摄造成的视频帧间抖动的算法.由于全景视频广视域的特性,传统的稳像算法并不适用.针对全景视频,提出一种使用3D旋转模型进行稳像处理的新方法.通过特征点提取跟踪计算出的3D旋转模型可以准确地描述相机的真实运动路径;为了减少数据冗余,使用欧拉角表征旋转模型的参数.在路径平滑过程中,引入一种基于样条拟合的改进方法,分离抖动和主观运动并消除高频的抖动,相比传统方法更加准确可靠.实验结果表明,该算法可以有效地消除视频中的抖动并生成稳定的视频序列.     

基于梯度投影法的电子稳像算法

灰度投影法在灰度值单一、对比度差的图像序列中的运动估计不精准,易造成误差。针对该问题,提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。该算法根据梯度帧内变化剧烈、帧间变化稳定、梯度投影曲线变化明显等特点,利用图像的梯度分布情况进行运动估计。实验结果表明,该算法可提高微光图像序列的帧间运动估计精度。     

基于对数极坐标变换的灰度投影稳像算法

常规的灰度投影稳像算法仅能对存在平移运动的图像进行稳像,而对具有旋转和尺度变化的图像无能为力。为了克服灰度投影算法这一局限性,提出了基于图像对数极坐标变换(LPM)的灰度投影稳像算法,把具有尺度和旋转变化的图像进行对数极坐标变换,这样笛卡儿坐标系下图像的旋转和尺度变化在对数极坐标系下表现为平移变化,从而能够用灰度投影算法处理旋转和尺度变化问题。     

融入时空显著性的高精度视频稳像算法

为剔除复杂运动前景对视频稳像精度的干扰,同时结合时空显著性在运动目标检测上的独特优势,提出一种融入时空显著性的高精度视频稳像算法。该算法一方面通过时空显著性检测技术识别出运动目标并对其进行剔除;另一方面,采用多网格的运动路径进行运动补偿。具体包括：SURF特征点提取和匹配、时空显著性目标检测、网格划分与运动矢量计算、运动轨迹生成、多路径平滑、运动补偿等环节。实验结果表明,相较于传统的稳像算法,所提算法在稳定度（Stability）指标方面表现突出。对于有大范围运动前景干扰的视频,所提算法比RTVSM（Robust Traffic Video Stabilization Method assisted by foreground feature trajectories）的Stability指标提高了约9.6%;对于有多运动前景干扰的视频,所提算法比Bundled-paths算法的Stability指标提高了约5.8%,充分说明了所提算法对于复杂场景的稳像优势。     

矿井车载视频图像稳像算法研究

针对矿井车载摄像系统拍摄的视频因含有前景运动目标及高噪声造成的全局运动矢量估计误匹配率高、实时性较差等问题,提出了一种基于ORB特征匹配与改进粒子滤波的矿井车载视频图像稳像算法。在运动矢量估计阶段,采用ORB算法提取图像特征点;采用基于图像块的连续3帧间差分法,联合时空一致性准则快速剔除前景运动区域的特征点;结合前景标记区域,对特征点位置进行初次筛选,对保留下来的背景特征点进行配准;利用仿射变换模型实现帧间运动矢量的估计。在运动滤波阶段,采用基于估计窗的实时粒子滤波算法滤除抖动分量,获得补偿参数。实验结果表明,该算法有效避免了前景运动目标对稳像精度的影响,且具有较快的处理速度。     

车载实时视频稳像系统研究与设计

通过对惯性稳像技术和电子稳像技术的分析,提出了一种新颖的坦克装甲车辆视频稳像设计理念,即在低成本的速率陀螺平台稳定的基础上采用电子稳像进行二次精稳,可有效提高图像稳定精度并能解决三级海况条件下的图像平移问题;主要论述了视频稳像系统的组成、工作原理和关键技术,建立了图像运动模型并工程实现了视频稳像系统快速原型--周视稳定观瞄镜;试验结果表明,该系统实现了视频稳像一级稳定的稳定精度要求(已高达0.2mil),而且跟踪平稳,快速性好;为车载稳像观瞄系统提供了成本低、性能优良的图像稳定系统,在军事及民用领域中具有广阔的应用前景.     

基于下采样灰度投影的电子稳像算法研究

为了快速、准确地稳定矿井车载摄像系统获取的抖动图像,提出了一种基于下采样灰度投影的电子稳像算法。首先对图像进行直方图均衡化处理,以提高图像对比度;为减少算法运算量,削减局部运动物体的影响,通过下采样方法对图像进行多分辨率分层,选取相邻2帧低分辨率图像及其预定子区域分别进行灰度投影运算,并对运算结果进行加权求和处理,获得最终的全局运动矢量;最后根据卡尔曼滤波获取的补偿量,通过自适应相邻帧补偿方法对图像进行运动补偿,以解决误差累积问题。实验结果表明,所提算法在准确度和运算时间上都优于传统灰度投影算法,且能实现长时间连续稳像。     

塔机吊钩可视化系统的视频稳像算法

针对施工现场工况复杂,塔机吊钩视频稳像效果差的问题,本文提出了一种改进ORB特征匹配与固定滞后Kalman滤波相结合的吊钩视频稳像算法.在图像运动估计中,对经典ORB算法进行改进,采用了图像分块与自适应阈值的特征点提取,并引入图像四叉树算法提高图像特征点分布均匀性;在此基础上,采用背景补偿结合帧间差分法,快速识别局部运动目标并进行剔除,提高了全局运动参数估计的准确性;在运动滤波和补偿阶段,采用固定滞后Kalman滤波算法去除随机抖动分量,以获得视频去抖动的运动补偿参数,进而实现塔机吊钩可视化系统监控视频的稳像处理.实验结果表明:与经典ORB加Kalman滤波的稳像算法相比,本文所提出的稳像算法帧间变换保真度ITF提升了约9.12%,结构相似度平均值■提升了约2.75%,获得了更好的稳像效果,且帧处理速率FPS达到了29.65 f/s,满足塔机实时监控要求.     

一种内容完整的视频稳定算法

设计了一种基于可靠特征集合匹配的内容完整的视频稳定算法。为了避免运动前景上的特征点参与运动估计,由经典的KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法提取特征点,而后基于特征有效性判定规则对特征点集合进行有效性验证以提高特征点的可靠性。利用通过验证的特征点对全局运动进行估计,得到精确的运动参数并据此对视频图像进行运动补偿。对于运动补偿造成的无定义区,首先计算当前帧的定义区与相邻帧的光流,以此为向导腐蚀无定义区;利用拼接的方法,填充仍为无定义区的像素。实验结果表明该算法对于前景物体运动具有较好的鲁棒性并能够生成内容完整的稳定视频序列。     

基于特征匹配与运动补偿的视频稳像算法

针对在复杂背景下航拍视频的抖动情况,为了实时输出稳定的视频,提出了一种改进的特征匹配算法与全局运动补偿相结合的视频稳像算法。首先,利用尺度不变的SURF算法提取特征点并计算描述符,再结合快速近似最邻近匹配算法得到匹配点对,并通过双向匹配以及K近邻算法筛选优秀匹配点,从而提高匹配正确率;其次,提出了一种局部区域匹配法,提高了算法处理速度,并避免场景内运动目标对稳像效果的影响。通过建立仿射变换模型,求解相邻帧图像的变换参数,进而对图像进行全局运动补偿。结果表明,该算法速度快、匹配精度高,有良好的视频稳像效果。     

结合光流法和卡尔曼滤波的视频稳像算法

针对手机拍摄过程中产生的视频抖动问题,提出了一种基于光流法和卡尔曼滤波的视频稳像算法。首先通过光流法预稳定抖动视频,对其生成的预稳定视频帧进行Shi-Tomasi角点检测,并采用LK算法跟踪角点,再利用RANSAC算法估计相邻帧间的仿射变换矩阵,由此计算得出原始相机路径;然后通过卡尔曼滤波器优化平滑相机路径,得到平滑相机路径;最后由原始相机路径与平滑路径的关系,计算相邻帧间的补偿矩阵,再利用补偿矩阵对视频帧逐一进行几何变换,由此得到稳定的视频输出。实验表明,该算法在处理6大类抖动视频时均有较好的效果,其中稳像后视频的PSNR值相比原始视频的PSNR值约提升了6.631 dB,视频帧间的结构相似性SSIM约提升了40%,平均曲率值约提升了8.3%。     

一种基于LMA的电子稳像技术

提出一种基于LMA的电子稳像技术,将LMA运用到仿射变换模型的参数估计中,从而获得参考帧与当前帧之间的运动矢量。该电子稳像方法具有速度快和精度高的特点。实验表明,这种稳像算法在进行视频稳像时具有很好的效果。     

基于块和低秩张量恢复的视频去噪方法

由于采用矩阵的表示形式会破坏视频数据的原始空间结构,针对这一问题,提出了一种基于块和低秩张量恢复的视频去噪方法。首先运用自适应中值滤波器对含噪视频进行预处理,通过相似块匹配构造一个三阶张量,根据视频张量的低秩性和噪声像素的稀疏性,利用基于张量的增广拉格朗日乘子法（ALM）重建出三阶视频张量的低秩部分和稀疏部分,实现噪声的分离。该方法采用张量模型来处理视频去噪的问题,更好地保护了视频序列的高维结构特性,可以准确地去除复杂结构视频的噪声干扰。实验结果表明,相对于常用方法,该方法能准确完整地分离噪声,具有更强的视频去噪能力。     

应用分段遗传算法的视频纹理合成算法

通过对视频纹理定义的分析,将视频纹理合成转化为一个优化组合问题。提出一种应用分段遗传算法的视频纹理合成算法,采用分段遗传算法,对有限长度的源视频进行加工,得到可无限播放的连续视频序列。算法采用更适当的相似性尺度和测量准则,省去了大量复杂的对源视频的预处理,分段的搜索策略只需要用很少的遗传代数即可快速合成出质量很高的视频纹理。与现有的视频纹理合成方法比较,该算法具有较小的计算复杂度,在合成的速度和质量上都有所提高。另外,实验结果给出了种群大小以及最大遗传代数对合成质量和速度的影响。     

变参数active demons算法下的多通道弥散张量图像配准

目的 弥散张量图像（DTI）配准不仅要保证配准前后图像解剖结构的一致性，还要保持张量方向的一致性。demons算法下的多通道DTI配准方法可充分利用张量的信息，改善配准质量，但大形变区域配准效果不理想，收敛速度慢。active demons算法能够加快收敛速度，但图像的拓扑结构容易改变。由此提出一种变参数active demons算法下的多通道DTI配准方法。方法 综合active demons算法中平衡系数能加快收敛速度、均化系数能提高DTI配准精度的优点，手动选择一个均化系数，并在算法收敛过程中随着高斯核的减小动态调整平衡系数。在配准开始时采用较小的平衡系数获得较快的收敛速度，随着收敛的加深逐渐增大平衡系数获得较小的配准误差。结果 active demons方法能改善DTI大形变区域的配准问题，但均化系数太小会改变图像拓扑结构。固定均化系数，引入单一的平衡系数能加快收敛速度，但会导致拓扑结构改变。变参数active demons方法有效提高了配准的收敛速度，明显改善大形变区域的配准效果，同时能保持图像拓扑结构不变。变参数active demons配准后的10组数据均获得最小均方差（MSE）和最大特征值特征向量对重叠率（OVL），配准精度最高。在0.05的配对样本t检验水平下，变参数active demons和active demons方法配准后的MSE、OVL的差异均有统计学意义；变参数active demons和demons方法配准后的MSE、OVL的差异均有统计学意义（p<0.05）。结论 变参数active demons算法下的多通道DTI配准方法明显提高了配准精度和速度，改善了demons方法不能有效配准大形变区域的问题，同时能够保持配准前后图像的拓扑结构，尤其适合个体间形变较大的DTI配准。     

结合稀疏先验与多模式分解的低秩张量恢复方法

目的 各类终端设备获取的大量数据往往由于信息丢失而导致数据不完整,或经常受到降质问题的困扰。为有效恢复缺损或降质数据,低秩张量补全备受关注。张量分解可有效挖掘张量数据的内在特征,但传统分解方法诱导的张量秩函数无法探索张量不同模式之间的相关性;另外,传统张量补全方法通常将全变分约束施加于整体张量数据,无法充分利用张量低维子空间的平滑先验。为解决以上两个问题,提出了基于稀疏先验与多模式张量分解的低秩张量恢复方法。方法 在张量秩最小化模型基础上,融入多模式张量分解技术以及分解因子局部稀疏性。首先对原始张量施加核范数约束,以此捕获张量的全局低秩性,然后,利用多模式张量分解将整体张量沿着每个模式分解为一组低维张量和一组因子矩阵,以探索不同模式之间的相关性,对因子矩阵施加因子梯度稀疏正则化约束,探索张量子空间的局部稀疏性,进一步提高张量恢复性能。结果 在高光谱图像、多光谱图像、YUV（也称为YCbCr）视频和医学影像数据上,将本文方法与其他8种修复方法在3种丢失率下进行定量及定性比较。在恢复4种类型张量数据方面,本文方法与深度学习GP-WLRR方法（global prior refined weighted low-rank representation）的修复效果基本持平,本文方法的MPSNR（mean peak signal-to-noise ratio）在所有丢失率及张量数据上的总体平均高0.68dB,MSSIM（mean structural similarity）总体平均高0.01;与其他6种张量建模方法相比,本文方法的MPSNR及MSSIM均取得最优结果。结论 提出的基于稀疏先验与多模式张量分解的低秩张量恢复方法,可同时利用张量的全局低秩性与局部稀疏性,能够对受损的多维视觉数据进行有效修复。