应用于电子稳像的改进块匹配算法

摘要

本发明涉及一种应用于电子稳像的改进块匹配算法，如下：用块匹配进行运动估计，主要包括匹配块大小的确定、有效块的判断、匹配的准则，采用中心扩展搜索算法及全局运动向量的计算。中心扩展搜索算法，根据帧间实际偏移大小调整搜索范围，快速准确定位块的偏移。由每个块偏移情况得到各块局部运动向量，经随机抽样一致性处理，筛选出最可靠的一部分局部运动向量，再由最小二乘法确定帧间相似变换模型参数。本发明减小了计算量，提高了搜索速度。相比基于最小中心偏置特性的快速搜索法，能处理更大范围的帧间偏移。本发明可应用于摄像机、计算机视频播放以及车载稳像装置等应用电子稳像技术的场合，具有精度高、速度快、适应性强的优点。

主权项

1.一种应用于电子稳像的改进块匹配算法，其特征在于，方法如下：(一)、采用相机运动相似变换模型：$M=\left[\begin{array}{ccc}s\cos \alpha & s\sin \alpha & \mathrm{dx}\\ -s\sin \alpha & s\cos \alpha & \mathrm{dy}\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$其中α为图像沿光轴的旋转角度，s为镜头缩放倍数，dx和dy为平移量；(二)、根据视频的分辨率确定子块尺寸，由先验知识预先设定不同分辨率下的子块尺寸；(三)、计算每个子块B沿四个方向的梯度值，l₁、l₂、l₃和l₄分别代表沿水平、左斜对角、竖直、右斜对角的方向矢量的导数，只保留同时满足和的初选块B；其中I(x，y)为(x，y)点处的像素灰度值，B为所选块，T为预设阈值；(四)、采用最小绝对值误差SAD准则作为搜索的匹配的判断条件；(i，j)表示搜索位置相对于起始点(x，y)的水平和竖直偏移量；(五)、搜索方式采用中心扩展搜索算法，参数定义：P₀为当前帧中起始搜索位置，其坐标与相应子块在参考帧中坐标相同；圆环C_k表示第k次搜索所考察的位置，其与P₀相距长度为r_k；P_k代表第k次搜索所得最佳匹配位置；LV_k表示第k-1次搜索的最佳位置指向第k次最佳位置的向量；具体步骤：(1)以与子块在参考帧中相同坐标处起始点P₀为圆心，找到半径r₁的圆环C₁上的最小SAD值SAD(P₁)，P₁为最小SAD值所在位置，并记圆心到P₁的向量为LV₁＝P₁-P₀；(2)令r₂＝r₁+Δr，得到半径r₂的圆环C₂上最小SAD值SAD(P₂)及位置P₂，并得到向量LV₂＝P₂-P₁，其中Δr＝2；(3)用相同的计算方式在半径为r_k＝r₁+(k-1)Δr的圆环C_k上最小SAD值SAD(P_k)及位置P_k，并得到向量LV_k＝P_k-P_k-1；(4)当k＞3时，若有且SAD(P_k)＞SAD(P_k-1)。则认为P_k、P_k-1、P_k-2、P_k-3位于最佳匹配点最小中心偏置区域内，P_k-1离最佳匹配点最近。考察P_k-1相邻位置的SAD值，最小的SAD所在位置则为匹配块在当前帧中坐标；(5)若不满足步骤(4)中条件，则继续执行第(3)步，直到半径扩大到搜索窗口的边界为止；随机抽样一致性筛选各块局部运动向量，w为一次计算所选向量符合实际模型的概率，p为至少有一次所选向量符合真实模型的概率，则选择次数$k=\frac{\log (1-p)}{\log (1-w)};$设w＝0.75，取p＝0.99，得到k＝16，即取16组数据分别计算偏移模型，至少有一个模型描述真实偏移情况的概率不小于0.99；比较所有数据符合模型的数目，最多的那组为最接近真实模型，再经最小二乘法重新计算后得到的帧间全局运动向量参数。