[發明專利]一種基于相關濾波的視頻幀間快速運動估計方法

有效

• 申請號: 202010136402.X
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111292357B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 孫宏濱;米云琪;汪航;張旭翀;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/262
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種基于相關濾波的視頻幀間快速運動估計方法。該方法首先對基準幀和參考幀進行預處理，通過進行對數變換提高圖像對比度，其次將基準幀劃分成大小相等的網格，依次提取基準塊Bsubgt;cur/subgt;，在參考幀中依據基準塊的對應位置提取參考區域，并從中依次提取參考塊，通過相關濾波計算運動矢量。本發明能顯著提高傳統運動估計方法的魯棒性，可以克服傳統運動估計方法對于非剛性運動無法準確獲取運動矢量的缺陷，并通過改進搜索策略降低運算復雜度。

技術領域

本發明屬于數字視頻圖像處理與顯示技術領域，具體涉及一種基于相關濾波的視頻幀間快速運動估計方法。

背景技術

隨著視頻處理技術的不斷發展與人們對視頻顯示質量要求的不斷提高，高刷新率的超高清顯示設備已經實現了廣泛的普及和應用。運動估計作為視頻處理技術的核心模塊，負責追蹤視頻幀內所有物體的運動情況。其主要采用高效的塊匹配模式，即將基準幀以一定粒度分割為互不交疊的基準塊，并以這些基準塊為基準，在其參考幀對應塊位置的一定范圍內尋找其最佳匹配塊。塊匹配方法主要有兩種：全搜索與快速運動估計。全搜索需要遍歷搜索范圍內的所有位置來找到最匹配的運動向量，從而導致極大的計算量。因此諸多快速運動估計算法被提出來，通過一定的規則只比較一些關鍵的候選位置，從而極大的降低運算量。然而這些快速運動估計算法容易獲得局部最優解，獲取的運動矢量的準確度不如全搜索。因此現在的運動估計算法需要在計算資源和計算準確度之間進行權衡。現有的運動估計算法通常使用絕對差值和(SAD)作為損失函數，SAD計算基準塊和搜索塊中對應位置像素差值的絕對值和，若兩幀中發生非剛性變換(如：縮放、旋轉、仿射等)或發生較大位移，使用SAD作為損失函數的運動估計方法往往會獲得錯誤的運動矢量。與此同時，現實世界中的圖像常常存在對比度低、場景復雜等問題，這些問題都進一步對運動估計算法提出了挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于相關濾波的視頻幀間快速運動估計方法。該方法利用相關濾波作為損失函數，通過對輸入圖像進行對數轉換提高對比度，通過改進搜索步驟降低計算量，實現了更為準確且快速的運動估計。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種基于相關濾波的視頻幀間快速運動估計方法，該方法首先對原始視頻流中提取出的基準幀和參考幀進行預處理，通過進行對數變換提高圖像對比度，其次將基準幀劃分成大小相等的網格，依次提取基準塊B_cur，在參考幀中依據基準塊的對應位置提取參考區域，并從中依次提取參考塊，通過相關濾波計算運動矢量。

本發明進一步的改進在于，該方法具體包括如下實現步驟：

5)從原始視頻流中依次提取出基準幀和參考幀，對基準幀和參考幀分別進行預處理；

6)從預處理后的基準幀和參考幀中依次提取基準塊B_cur和搜索區域；

7)依照搜索流程將基準塊B_cur和搜索區域中對應搜索塊轉到頻域中，通過相關濾波計算相關性；

8)找出相關性最大的點的坐標(x,y)，取坐標(x,y)與搜索區域中心點的位移為運動矢量。

本發明進一步的改進在于，步驟1)的具體實現方法如下：

101)從視頻流中依次提取出基準幀和參考幀，將視頻流的當前幀作為基準幀，下一幀作為參考幀；

102)對基準幀和參考幀分別進行對數變化，用以提高圖像的對比度。

本發明進一步的改進在于，步驟2)的具體實現方法如下：

201)將基準幀劃分成數個大小相等且互不交疊的矩形，依次令矩形為基準塊B_cur；

202)將參考幀中對應位置及以對應位置為中心，以s為半徑的塊形區域作為搜索區域，其中對搜索區域超過參考幀大小的部分進行補0。