CN101006728A - 实时图像稳定 - Google Patents

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Abstract

一种装置和方法，用于对视频数据流中的图像帧进行稳定。针对视频数据流中的参考帧，根据每一个像素的水平和垂直位置计算与像素相关联的亮度或色调的加权平均值或质心。计算流中后续帧的相应的质心。然后对这个图像帧进行平移，以使后续帧的质心与参考帧的质心一致，减小了视频捕获设备的抖动所引起的伪像。可选择地，可以将视频流中的帧分为片，并计算每一个片的质心。后续帧的片的质心是参考帧中片的质心的曲线拟合。然后对后续帧执行仿射变换，以减小视频捕获设备的运动所引起的图像中的伪像。

Description

实时图像稳定
技术领域
本申请总体上涉及图像处理，更具体地，本发明涉及图像稳定。
背景技术
例如视频数据流的图像数据经常会具有伪像，这些伪像是在数据捕获设备(例如视频摄像机)在记录或以其它方式捕获图像期间发生抖动时导致的。去除这种伪像会提高图像逼真度。
发明内容
在本发明的各个实施例中，一种装置和方法实时地对视频进行稳定。在本发明的一个实施例中，根据与视频图像中像素相关的亮度或色调的位置来计算加权平均值。水平和垂直方向上的加权平均值确定了图像中称作质心的位置。首先，针对视频数据流的参考帧来计算质心。然后对视频中的后续帧进行转换，从而它们的质心与参考帧的质心一致。这样，去除了由于摄像机“抖动”所引起的图像中的伪像。在本发明的另一个实施例中，把视频图像帧划分为区域或片(tile)。如上所述，对参考视频图像帧的片的质心进行计算。对后续帧的片的质心进行计算。一种简单的曲线拟合技术用于确定使图像与参考图像一致的仿射变换。本发明的这个实施例能够有效地处理视频捕获设备或摄像机的运动，它包括同时在多个方向上进行平移和旋转。
本发明的示例性实施例可以通过具有计算机可用介质的计算机程序产品来实现，其中计算机可用介质上具有计算可读程序代码。计算机可读代码可以由根据传统过程的计算机系统读取并使用。
附图说明
参考下文结合附图的详细描述，本发明的上述特征将会变得更加易于理解，其中：
图1示出了按照本发明示例性实施例对运动图像进行稳定的典型过程。
具体实施方式
在本发明的各个实施例中，一种装置和方法实时地对视频进行稳定。在本发明的一个实施例中，根据与视频图像中像素相关的亮度或色调的位置来计算加权平均值。水平和垂直方向上的加权平均值确定了图像中称作质心的位置。首先，针对视频数据流的参考帧来计算质心。然后对视频中的后续帧进行转换，从而它们的质心与参考帧的质心一致。这样，去除了由于摄像机“抖动”所引起的图像中的伪像。在本发明的另一个实施例中，把视频图像帧划分为区域或片。如上所述，对参考视频图像帧的片的质心进行计算。对后续帧的片的质心进行计算。一种简单的曲线拟合技术用于确定使图像与参考图像一致的仿射变换。本发明的这个实施例能够有效地处理摄像机的运动，所述运动涉及同时在多个方向上进行平移和旋转。
本发明的示例性实施例可以通过具有计算机可用介质的计算机程序产品来实现，其中计算机可用介质上具有计算可读程序代码。计算机可读代码可以由根据传统过程的计算机系统读取并使用。下文讨论示例性实施例的细节。
系统操作
在本发明的一个实施例中，质心稳定模块从捕获或流设备接收视频。对每一个帧进行处理并传送到用于观看或记录的输出设备。其它例程可以在质心稳定例程之前或之后对视频进行处理。在一些实施例中，质心稳定模块包括允许用户选择视频帧中区域的参数，其中在选择的区域上进行稳定处理。例如，用户可以指定观看屏幕上的矩形，该矩形描述了质心例程将要执行计算的行和列。用户还可以指定亮度或色调是否将会用于稳定图像。(应当注意的是，除了亮度或色调之外，还可以使用与每一个像素相关联的其它的图像特性。因此，针对亮度或色调进行的讨论是示例性的，并且不会限制本发明的各个实施例。)在特定实施例中，用户可以指定执行计算时所用的数值范围。对于亮度来说，用户典型地可以指定0至255之间的任意范围。类似地，色调可以是所有的颜色范围，或可以选择特定的颜色范围。典型地，色调值也在0至255之间，而且表示了0至360度的角度。
质心计算
使用加权平均值来计算质心。质心的定义如下：
Figure A20058002771000071
Figure A20058002771000072
像素值可以是像素的亮度或色调，或是根据每一个像素适合的属性计算得到的其它值。在用户定义的感兴趣范围内进行求和，这个感兴趣的范围可以是全部视频帧或仅是视频帧的一部分。然后，把图像的质心与先前已经计算的参考帧的质心进行比较。然后，按照需要在X和Y方向上对图像进行平移，从而图像的质心与参考图像的质心一致。然后，对视频流中的后续图像重复执行这些操作。
图1是本发明实施例的流程图，它对每一个帧的单一质心进行计算。流程图编制工具根据实施例中的实际代码产生了这个流程图。这个流程图示出了计算亮度质心的流程以及移动机制。因此，本领域的技术人员应当能够以软件的方式再现这个流程图。
曲线拟合
为了处理视频捕获源的复杂运动，把图像分为片。然后按照上文的方法计算每一个片的质心。把每一个片的质心的移动与相应的参考帧中的质心进行比较。把这些数值输入用于确定仿射变换值的曲线拟合例程。这个变换考虑到平移、缩放、旋转、左右摇动和前后摇动。如果成功地对这些数值中的每一个进行计算，则把视频帧传递给变换例程，变换例程适当地对图像进行旋转、缩放和平移。如果没有找到用于曲线拟合的程序，那么把参考帧的点与当前帧的点进行关联。“N”乘“N”相关产生了点的最大相关。所有大于用户选择的阈值的点用于建立曲线拟合。如果用于建立曲线拟合的所有尝试都失败，则建立新的参考帧，并重新执行该过程。
应当注意的是，对视频数据流进行的讨论是示范性且不会限制所有实施例的范围。相反，各种实施例应用于能够图形化表示并记录到某些介质的图像数据。在示例性实施例中，能够以二维的方式记录图像数据。此外，在本发明的各个实施例中，所述系统能够周期性地指定新的参考帧并计算其质心。这可以基于以下来完成：时间参数、图像帧发生平移的量或某些其它标准。
本发明的各个实施例至少部分地能够以任意常规计算机编程语言而实现。例如，一些实施例能够以面向过程的编程语言(例如“C”)而实现，或是以面向对象的编程语言(例如“C++”)而实现。本发明的其它实施例能够以预编程的硬件元件(例如专用集成电路、FPGA和数字信号处理器)或其它有关组件来实现。
在一些实施例中，公开的装置和方法能够以计算机系统使用的计算机程序产品而实现。这种实施方式可以包括计算机指令序列，所述计算机指令序列可以固定在例如计算机可读介质(例如磁盘、CD-ROM、ROM或硬盘)的有形介质上，或可以通过modem或其它接口设备(例如通过介质与网络相连的通信适配器)发送到计算机系统。所述介质可以是有形介质(例如光通信线路或模拟通信线路)或利用无线技术(例如WIFI、微波、红外线或其它传输技术)实现的介质。计算机指令序列能够关于系统而体现上文所述的全部功能或部分功能。
本领域的技术人员可以理解，能够以多数计算机体系结构或操作系统所使用的多种编程语言而编写这种计算机指令。此外，这种指令可以存储在任意的存储设备中，例如半导体、磁性、光学或其它存储设备，而且可以使用任意的通信技术来传输，例如光学、红外线、微波或其它传输技术。
特别地，这种计算机程序产品可以分布在具有随附的纸件或电子文档的可移动介质(例如压缩软件)上、使用计算机系统预加载(例如在系统ROM或固定磁盘上)、或分布在网络(例如因特网或万维网)上的服务器或电子公告板。当然，本发明的一些实施例能够以软件(例如计算机程序产品)和硬件的组合来实现。本发明的其它实施例完全由硬件或完全由软件来实现。
虽然上述讨论公开了本发明的各种实施例，可以明显看出的是，在不背离本发明的实际范围的前提下，本领域的技术人员能够做出各种修改以实现本发明的某些优点。

Claims (18)

1.一种方法，用于对视频数据流中的图像进行稳定，所述方法包括：
a.计算图像的质心，所述质心包括：针对图像中至少一部分，根据图像中的像素位置与每一个像素相关联的数值的加权平均值；以及
b.对图像进行平移，以便图像的质心与参考图像中相同部分的质心近似一致。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述与每一个像素相关联的数值是色调和亮度之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述与每一个像素相关联的数值是从与每一个像素相关联的数值的部分范围中选出的。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
c.把参考图像更新为视频数据流中的后续图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其中对图像进行平移的距离确定了参考图像的更新。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像的一部分近似等于完整的图像帧。
7.一种方法，用于对视频数据流中的图像进行稳定，所述方法包括：
a.把图像划分为至少两个区域；
b.计算每一个图像区域的质心，所述质心包括：根据区域中像素的位置与区域中每一个像素相关联的数值的加权平均值；以及
c.对图像进行变换，从而图像的质心与参考图像的质心近似一致。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述对图像进行变换包括：利用参考图像的质心位置，计算能够最佳地逼近图像的质心位置的曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
d.把参考图像更新为视频数据流中的后续图像。
10.一种由计算机系统使用的计算机程序产品，用于对视频数据流中的图像进行稳定，所述计算机程序产品包括具有计算机可读代码的计算机可用介质，所述计算机可读代码包括：
a.用于计算图像质心的程序代码，所述质心包括：针对图像中至少一部分，根据图像中的像素位置与每一个像素相关联的数值的加权平均值；以及
b.用于对图像进行平移的程序代码，因而图像的质心与参考图像中相同部分的质心近似一致。
11.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中所述与每一个像素相关联的数值是色调和亮度之一。
12.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中所述与每一个像素相关联的数值是从与每一个像素相关联的数值的部分范围中选出的。
13.根据权利要求10所述的计算机程序产品，还包括：
c.用于把参考图像更新为视频数据流中的后续图像的程序代码。
14.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中对图像进行平移的距离确定了参考图像的更新。
15.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中所述图像的一部分近似等于完整的图像帧。
16.一种由计算机系统使用的计算机程序产品，用于对视频数据流中的图像进行稳定，所述计算机程序产品包括具有计算机可读代码的计算机可用介质，所述计算机可读代码包括：
a.用于把图像划分为至少两个区域的程序代码；
b.用于计算每一个图像区域的质心的程序代码，所述质心包括：根据区域中像素的位置与区域中每一个像素相关联的数值的加权平均值；以及
c.用于对图像进行变换的程序代码，从而图像的质心与参考图像的质心近似一致。
17.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中所述用于对图像进行变换的程序代码包括：用于利用参考图像的质心位置、计算能够最佳地逼近图像质心位置的曲线的程序代码。
18.根据权利要求10所述的计算机程序产品，
d.用于把参考图像更新为视频数据流中的后续图像的程序代码。
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