[發(fā)明專(zhuān)利]基于PCA的視頻微小變化放大方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810830715.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109063763A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊學(xué)志;吳秀;金兢;楊昭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/62
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/62;G06K9/46;H04N5/14;H04N5/21;H04N9/64
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于PCA的視頻微小變化放大方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)輸入視頻：

輸入一段通過(guò)攝像機(jī)或手機(jī)獲取的含有微小變化或運(yùn)動(dòng)的視頻；

(2)空域?yàn)V波：

2a)顏色空間轉(zhuǎn)換

將輸入的視頻序列由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)IQ顏色空間，將視頻圖像的亮度信息和色度信息分離，以備后續(xù)按不同需求對(duì)亮度和色度進(jìn)行單獨(dú)處理；YIQ是NTSC彩色電視系統(tǒng)所采用的顏色空間，其中，Y通道是圖像的亮度信號(hào)，I和Q通道是圖像的色度信號(hào)；RGB和YIQ的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

當(dāng)進(jìn)行視頻微小顏色變化放大時(shí)，選擇對(duì)I和Q通道的色度信號(hào)進(jìn)行處理，而進(jìn)行微小運(yùn)動(dòng)放大時(shí)，選擇對(duì)Y通道的亮度信號(hào)進(jìn)行處理；

2b)空間金字塔

對(duì)視頻的每一幀圖像進(jìn)行L層高斯/拉普拉斯金字塔多分辨率分解，得到不同空間頻率的基帶；其中，金字塔分解層數(shù)L可由下式計(jì)算：

其中round表示四舍五入計(jì)算，h和w是原始視頻圖像的高度和寬度；

(3)PCA處理：

以每個(gè)基帶的圖像作為樣本，基帶的圖像的像素個(gè)數(shù)作為維數(shù)，進(jìn)行PCA處理，得到感興趣的包含微小變化的若干像素?cái)?shù)據(jù)；

3a)計(jì)算協(xié)方差矩陣

將K幀視頻圖像對(duì)應(yīng)的不同空間頻率的基帶構(gòu)成K個(gè)樣本，記此K維樣本數(shù)據(jù)為：I_r＝[I_r1 I_r2 … I_rK]，其中樣本數(shù)據(jù)的維數(shù)是由輸入視頻的尺度和金字塔分解的層數(shù)決定；下面計(jì)算矩陣I_r的均值和協(xié)方差矩陣如下：

3b)計(jì)算協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量

利用下面的公式求解計(jì)算協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量：

其中是由特征向量組成的矩陣，是由特征值組成的對(duì)角矩陣；

3c)數(shù)據(jù)投影

選取前L個(gè)較大的特征值和其對(duì)應(yīng)的特征向量，并將樣本點(diǎn)投影到選取的特征向量上如下：

這里，即為包含微小變化的若干像素?cái)?shù)據(jù)；

(4)微小變化放大：

通過(guò)對(duì)PCA處理得到的數(shù)據(jù)乘以一個(gè)人為設(shè)定的系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小變化的線性放大；如果是顏色放大，將I和Q通道的數(shù)據(jù)與該系數(shù)相乘；如果是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)放大，將Y通過(guò)的數(shù)據(jù)與該系數(shù)相乘；

(5)合成視頻：

將放大后是序列數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯/拉普拉斯金字塔重建，并與原始的視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相加，得到放大后的視頻；再將放大后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換，即將數(shù)據(jù)有YIQ顏色空間轉(zhuǎn)回到RGB顏色空間，輸出視頻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PCA的視頻微小變化放大方法，其特征在于，所述步驟(2)中，對(duì)視頻的每一幀圖像進(jìn)行空間高斯金字塔多分辨率分解，具體如下：

①輸入視頻，提取視頻幀長(zhǎng)K，并進(jìn)行幀循環(huán)處理；

②以第k(k＝1,2,3…)幀圖像作為第0層，計(jì)算總的分解層數(shù)L；

③當(dāng)前層是通過(guò)對(duì)前一層圖像進(jìn)行高斯濾波和降采樣處理得到，其圖像大小變?yōu)榍耙粚拥?/4；

④將步驟③迭代執(zhí)行L-1次，得到第L層子帶圖像；

⑤令k＝k+1，循環(huán)執(zhí)行以上步驟，直到k＝K為止，得到不同空間頻率的基帶。