[發明專利]一種基于GPU的各向異性視頻過分割方法

有效

• 申請號: 202110295652.2
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113012165B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 董瀟;陳中貴;劉永進;姚俊峰;郭小虎
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/194;G06T7/215;G06T7/269
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于GPU的各向異性視頻過分割方法，涉及視頻處理技術領域。1)加載視頻到顯存中，計算視頻的光流場；2)給定種子點的初始位置，根據光流場計算種子點的各向異性矩陣，加載信息到顯存中；3)根據泛洪并行框架，每個像素都以一系列的步長查詢周圍的種子點信息，并更新距離自己最近的種子點，所有像素點都記錄最近種子點，得到視頻分割結果；4)將種子點的位置更新到當前簇的中心，然后重新計算種子點在新位置的各向異性矩陣；5)重復步驟3)和4)，直到分割結果趨于穩定或達到指定的迭代次數。利用視頻的運動場更精確持久地捕捉物體的運動，各向異性超體素可以在GPU上并行實現，提高處理效率，視頻分割準確率高，處理速度快。

技術領域

本發明涉及視頻處理技術領域，尤其是涉及在GPU上并行實現基于種子點聚類的一種GPU的各向異性視頻過分割方法。

背景技術

泛洪并行(jump?flooding)算法是一個近似Voronoi剖分的算法框架([1]GuodongRong?and?Tiow-Seng?Tan.Jump?flooding?in?gpu?with?applicationsto?voronoidiagram?and?distance?transform.In?Proceedings?of?the?2006Symposium?onInteractive?3D?Graphics?and?Games,pages?109–116.ACM,2006.)該算法能夠在GPU上計算離散的Voronoi圖。

泛洪并行算法(JFA)(Jump?Flooding?Algorithm)包括若干個變種([2]GuodongRong?and?Tiow-Seng?Tan.Variants?of?jump?flooding?algorithmfor?computingdiscrete?voronoi?diagrams.In4th?International?Symposiumon?Voronoi?Diagrams?inScience?and?Engineering(ISVD?2007),pages176–181.IEEE,2007)，JFA是一種并行實現的Voronoi剖分的擬合，這種剖分的并行實現和在CPU上計算的精確剖分之間的誤差很??；1+JFA能夠顯著改善Voronoi的分割質量。JFA算法最初被用于計算2DVoronoi圖，種子點和像素點的距離計算只涉及到空間距離。1+JFA算法進行2DVoronoi圖分割效果非常好，與真實的Voronoi圖之間的誤差可以忽略不計。

基于種子點的聚類算法，最具有代表性的就是SLIC算法，該算法是在像素的位置和顏色構成的高維空間中得到Voronoi剖分。SLIC算法將視頻視為包含位置和顏色信息的六維空間，使用歐氏度量來定義種子點和像素點的距離，歐式度量是各向同性的度量，在像素點的每個維度上都使用相同權重的度量。當物體與背景的顏色差距不明顯時(比如綠色衣服和綠色草地)，即視頻中存在弱邊界，SLIC使用的各向同性度量不能夠很好地將物體與背景分割開來。近年來基于SLIC算法提出了很多變種來提高分割準確率，但是現有算法存在一個嚴重的問題，即內存消耗和時間消耗巨大。比如處理一個100幀的481*321分辨率的視頻需要消耗幾個GB的內存和幾分鐘的處理時間。這種資源消耗是阻礙視頻過分割技術在實時任務中廣泛應用的主要原因。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述技術問題，提供使用并行技術且能降低處理時間和內存消耗的一種基于GPU的各向異性視頻過分割方法。

本發明包括以下步驟：

1)加載視頻到顯存中，計算視頻的光流場；

2)給定種子點的初始位置，根據光流場計算種子點的各向異性矩陣，加載信息到顯存中；

3)根據泛洪并行框架，每個像素都以一系列的步長查詢周圍的種子點信息，并更新距離自己最近的種子點，所有像素點都記錄最近種子點，得到視頻分割結果；

4)將種子點的位置更新到當前簇的中心，然后重新計算種子點在新位置的各向異性矩陣；