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高精度全景补偿电子稳像

吴威 许廷发 王亚伟 闫辉 徐磊

吴威, 许廷发, 王亚伟, 闫辉, 徐磊. 高精度全景补偿电子稳像[J]. 中国光学, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
引用本文: 吴威, 许廷发, 王亚伟, 闫辉, 徐磊. 高精度全景补偿电子稳像[J]. 中国光学, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
WU Wei, XU Ting-fa, WANG Ya-wei, YAN Hui, XU Lei. High precision digital image stabilization with full frame compensation[J]. Chinese Optics, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
Citation: WU Wei, XU Ting-fa, WANG Ya-wei, YAN Hui, XU Lei. High precision digital image stabilization with full frame compensation[J]. Chinese Optics, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378

高精度全景补偿电子稳像

doi: 10.3788/CO.20130603.0378
基金项目: 

国家自然科学基金重点资助项目(科学仪器专项)(No.61027002);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(No.2009CB72400603);国家自然科学基金资助项目(No.60972100)

详细信息
    作者简介:

    吴威(1988-),男,安徽六安人,硕士研究生,2010年于中北大学获得学士学位,主要从事图像处理与电子稳像软件算法及硬件实现的研究。E-mail:wu3944387@163.com;许廷发(1968-),男,黑龙江肇东人,教授,博士生导师,1992年、2000年于东北师范大学分别获得学士、硕士学位,2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,[JP2]主要从事光电成像探测与识别等方面的研究。E-mail:ciom_xtf1@bit.edu.cn

    吴威(1988-),男,安徽六安人,硕士研究生,2010年于中北大学获得学士学位,主要从事图像处理与电子稳像软件算法及硬件实现的研究。E-mail:wu3944387@163.com;许廷发(1968-),男,黑龙江肇东人,教授,博士生导师,1992年、2000年于东北师范大学分别获得学士、硕士学位,2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,[JP2]主要从事光电成像探测与识别等方面的研究。E-mail:ciom_xtf1@bit.edu.cn

    通讯作者: 许廷发
  • 中图分类号: TN941.1

High precision digital image stabilization with full frame compensation

  • 摘要: 针对摄像机拍摄目标过程中自身的随机抖动造成的视频序列不稳定,以及稳像补偿过程中边缘信息的丢失,提出了基于SURF(Speed-up Robust Feature)算法的全景电子稳像方法。首先,运用SURF算法提取当前帧图像和参考帧图像的兴趣点,将两幅图像的兴趣点进行匹配,建立两帧的对应关系。针对兴趣点数目较少及场景中部分区域特征相似的情况,引入了兴趣点位移一致性抑制策略,改进了RANSAC(RANdom SAmple Consensus)误匹配的剔除算法,使得运动矢量的精确度小于1 pixel。然后,判定参考帧的更新策略,获取平滑的运动变量。最后,进行运动补偿,运用图像镶嵌技术对丢失的边缘区域信息进行全景补偿,得到了高精度的全景稳像结果,实验得到的输出视频峰值信噪比(PSNR)提高了33.1%。
  • [1] 赵红颖,金宏,熊经武.电子稳像技术概述[J]. 光学 精密工程,2001,9(4):353-359. ZHAO H Y,JIN H,XIONG J W. Overview of the electronic image stabilization technology[J]. Opt. Precision Eng.,2001,9(4):353-359.(in Chinese) [2] KIM J H,BYUN K Y,KO S J. Highly precise digital image stabilization scheme for a hybrid stabilizing system[J]. Opt. Eng.,2010,49(7):61-67. [3] LIU J,SHI C CH. Image stabilization based on BM-EMD [C]//Communication Software and Networks(ICCSN),2011 IEEE 3rd International Conference on,May 27-29,2011,Xi'an,China,2011:591-593. [4] 孙辉,李志强,孙丽娜,等. 基于相位相关的亚像素配准技术及其在电子稳像中的应[J]. 中国光学,2010,3(5):480-485. SUN H,LI ZH Q,SUN L N,et al.. Sub-pixel registration based on phase correlation and its application to electronic image stabilization\[J]. Chinese Optics,2010,3(5):480-485.(in Chinese) [5] 王鹏,赵跃进,孔令琴,等. 预测扫描提前跳转的电子稳像方法[J]. 光学 精密工程,2012,20(10):2268-2274. WANG P,ZHAO Y J,KONG L Q,et al.. Scanning image stabilizing algorithm:predicting scanning motion and jumping in advance[J]. Opt. Precision Eng.,2012,20(10):2268-2274.(in Chinese) [6] DAVID G L. Distinctive image features from scale-Invariant keypoints[J]. International J. Computer Vision,2004,60(2):91-110. [7] BAY HE,TUYTELAARS T,GOOL L V. SURF:speeded up robust features [EB/OL].(2010-05-06) [2013-02-13].http://www.computerrobotvision.org/2010/tutorial-day/tam-surf-rev3.pdf. [8] 阳吉斌,胡访宇,朱高. 基于改进SURF算法的遥感图像配准[J]. 电子测量技术,2012,35(3):69-72. YANG J B,HU F Y,ZHU G. Remote sensing image registration based on improved SURF[J]. Electronic Measurement Technology,2012,35(3):69-72.(in Chinese) [9] 张淼,郭成娇,李向阳,等. 基于SIFT和卡尔曼滤波的电子稳像技术研究[J]. 信息技术,2012,3:60-64. ZHANG M,GUO CH J,LI X Y,et al.. Digital image stabilization based on SIFT and Kalman filtering[J]. Information Technology,2012,3:60-64.(in Chinese) [10] 丁南南,刘艳滢,朱明.尺度相互作用墨西哥帽小波提取图像特征点[J]. 液晶与显示,2012,27(1):125-129. DING N N,LIU Y Y,ZHU M. Extracting image feature points using scale-unteraction of mexican-Hat Wavelets[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Display,2012,27(1):125-129.(in Chinese). [11] SONG CH H,ZHAO H,JING W,et al.. Robust video stabilization based on particle filtering with weighted feature points[J]. IEEE T. Consum. Electr.,2012,58(2):570-577. [12] 程明明,王贺,安平,等.基于特征点匹配的多视图像校正[J]. 液晶与显示,2010,25(4):593-597. CHENG M M,WANG H,AN P,et al.. Multi-view images rectification based on feature points matching[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Display,2010,25(4):593-597. [13] PINTO B,ANURENJAN P R. Video stabilization using speeded up robust features [C]//Communications and Signal Processing(ICCSP), International Conference on,Feb.10-12,2011,Calicut,IND,2011:527-531. [14] 李英,李静宇,徐正平.结合SURF与聚类分析方法实现运动目标的快速跟踪[J]. 液晶与显示,2011,26(4):544-550. LI Y,LI J Y,Xu ZH P. Moving target fast tracking using SURF and cluster analysis method[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Display,2011,26(4):544-550.(in Chinese) [15] 张坤,许廷发,王平,等. 高精度实时全帧频SURF电子稳像方法[J]. 光学 精密工程,2011,8(19):1964-1970. ZHANG K,XU T F,WANG P,et al.. Real time full frame digital image stabilization system by SURF[J]. Opt. Precision Eng.,2011,8(19):1964-1970.(in Chinese) [16] 王智慧,王敬东,李鹏,等. 一种基于KLT-RANSAC全局运动估计的电子稳像算法研究[J]. 光电子技术,2012,32(1):46-51. WANG ZH H,WANG J D,LI P,et al.. Research on electronic image stabilization based on KLT-RANSAC global motion estimation[J]. Optoelectronic Technology,2012,32(1):46-51. [17] MATSUSHITA Y,OFEK E,GE W N,et al.. Full-frame video stabilization with motion inpainting[J]. IEEE T. Pattern Anal.,2006,7(28):1150-1163. [18] 王思珺,赵建,韩希珍.基于仿射变换的快速全局运动估计算法[J]. 液晶与显示,2012,27(2):263-266. WANG S J,ZHAO J,HAN X ZH. Fast global motion estimation algorithm based on affine transformation[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Display,2012,27(2):263-266 [19] 邱家涛,李玉山,初秀琴,等..稳定运动物体视频的特征方法[J]. 光学 精密工程,2012,20(10):2300-2307. QIU J T,LI Y SH,CHU X Q,et al.. Feature-based approach for stabilizing videos with moving objects[J]. Opt. Precision Eng.,2012,20(10):2300-2307.(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-12
  • 修回日期:  2013-05-17
  • 刊出日期:  2013-06-10

高精度全景补偿电子稳像

doi: 10.3788/CO.20130603.0378
    基金项目:

    国家自然科学基金重点资助项目(科学仪器专项)(No.61027002);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(No.2009CB72400603);国家自然科学基金资助项目(No.60972100)

    作者简介:

    吴威(1988-),男,安徽六安人,硕士研究生,2010年于中北大学获得学士学位,主要从事图像处理与电子稳像软件算法及硬件实现的研究。E-mail:wu3944387@163.com;许廷发(1968-),男,黑龙江肇东人,教授,博士生导师,1992年、2000年于东北师范大学分别获得学士、硕士学位,2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,[JP2]主要从事光电成像探测与识别等方面的研究。E-mail:ciom_xtf1@bit.edu.cn

    吴威(1988-),男,安徽六安人,硕士研究生,2010年于中北大学获得学士学位,主要从事图像处理与电子稳像软件算法及硬件实现的研究。E-mail:wu3944387@163.com;许廷发(1968-),男,黑龙江肇东人,教授,博士生导师,1992年、2000年于东北师范大学分别获得学士、硕士学位,2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,[JP2]主要从事光电成像探测与识别等方面的研究。E-mail:ciom_xtf1@bit.edu.cn

    通讯作者: 许廷发
  • 中图分类号: TN941.1

摘要: 针对摄像机拍摄目标过程中自身的随机抖动造成的视频序列不稳定,以及稳像补偿过程中边缘信息的丢失,提出了基于SURF(Speed-up Robust Feature)算法的全景电子稳像方法。首先,运用SURF算法提取当前帧图像和参考帧图像的兴趣点,将两幅图像的兴趣点进行匹配,建立两帧的对应关系。针对兴趣点数目较少及场景中部分区域特征相似的情况,引入了兴趣点位移一致性抑制策略,改进了RANSAC(RANdom SAmple Consensus)误匹配的剔除算法,使得运动矢量的精确度小于1 pixel。然后,判定参考帧的更新策略,获取平滑的运动变量。最后,进行运动补偿,运用图像镶嵌技术对丢失的边缘区域信息进行全景补偿,得到了高精度的全景稳像结果,实验得到的输出视频峰值信噪比(PSNR)提高了33.1%。

English Abstract

吴威, 许廷发, 王亚伟, 闫辉, 徐磊. 高精度全景补偿电子稳像[J]. 中国光学, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
引用本文: 吴威, 许廷发, 王亚伟, 闫辉, 徐磊. 高精度全景补偿电子稳像[J]. 中国光学, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
WU Wei, XU Ting-fa, WANG Ya-wei, YAN Hui, XU Lei. High precision digital image stabilization with full frame compensation[J]. Chinese Optics, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
Citation: WU Wei, XU Ting-fa, WANG Ya-wei, YAN Hui, XU Lei. High precision digital image stabilization with full frame compensation[J]. Chinese Optics, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
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