CN1984305A - 一种去隔行技术的三维自适应运动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去隔行技术的三维自适应运动检测方法，与传统的两场检测与三场检测方法不同，该方法利用待插像素点所在场中待插像素点上一行的一个像素与下一行的一个像素产生待插像素点的亮度值，然后结合待插像素点所在场的前一场中与待插像素点相同位置的一个像素和待插像素点所在场的后一场中与待插像素点相同位置的一个像素，利用五个判断准则综合检测待插像素点是否运动，五个判断准则考虑了图像边界的情况以及垂直分辨率极高的情况，减少了传统检测方法带来的误判。

Description

一种去隔行技术的三维自适应运动检测方法

技术领域

本发明涉及数字视频处理的去隔行技术领域。具体涉及一种去隔行技术的三维自适应运动检测方法

背景技术

传统的模拟视频是采用隔行扫描格式显示视频信号，这种显示方式会带来垂直分辨率低，具有明显的行结构，大面积闪烁，长时间观看易产生视觉疲劳，运动图像有锯齿等问题。逐行扫描技术能消除行结构线，消除大面积闪烁及行间闪烁，使清晰度和垂直分辨率大大增加，因此随着PC机视频及高清晰度大屏幕电视的出现，逐行扫描已经得到越来越广泛的应用。在目前隔行、逐行扫描技术并存的过渡阶段，许多显示器件既能接收传统NTSC，PAL电视信号，又能接收数字式信号，因此把不同扫描格式的视频信号进行格式转换就显得十分必要。去隔行技术便是隔行到逐行转换的技术，而自适应运动去隔行又是目前最好的一种去隔行技术，它通过对动静点的检测，自动对图像静止部分采用时域法(如场复制等)去隔行，而对图像运动部分采用空域法去隔行。因此，运动检测是自适应运动去隔行技术中极为重要的第一步，运动信息检测的正确与否直接影响到图像质量的好坏。

传统的运动检测方法有两场检测法和三场检测法：两场检测法是将一场图像(当前场)经过帧内插值变成一帧，再把这个插值点的亮度值与前一场相同位置点的亮度值作差值，如果亮度差大于或等于一定门限值则认为是运动点，否则认为是静止点。这种方法很简单，但会遗失最终显示图像中的一些细节，而且容易在垂直细节丰富的地方发生错误判断。三场检测法是将相邻两奇场(或偶场)相同位置的像素点之差与门限值比较，如果大于等于门限值则认为是运动点，否则认为是静止点。这种方法不会降低垂直分辨率，但对于快速运动则很难检测得到。

发明内容

针对上述两场检测法和三场检测法存在的缺陷或不足，本发明提供了一种基于三场检测、但性能比传统的两场、三场检测都优良的新的三维自适应运动检测方法。它既能很好的解决由于图像的边界导致的运动物体与静止物体的错误区分问题，又能很好的检测出快速运动。

在描述本发明具体的技术方案之前，首先对以下全文使用的数字标识进行解释说明：函数F均代表图像的亮度值，F_n表示第n场(当前待插场)的亮度值，F_n-1表示第n-1场(前一场)的亮度值，F_n+1表示第n+1场(后一场)的亮度值；(i，j)表示图像第i行j列的像素的空间位置，Fn(i，j)表示位于第n场(i，j)处像素点的亮度值。Threshold1、Threshold2分别表示预先设定的不同的门限值。

本发明所述方法是对前一场(F_n-1)，当前待插场(F_n)和后一场(F_n+1)三场图像相关像素点的亮度值进行运动检测，首先选取当前场至少相邻两行的像素点，根据相邻两行的像素点亮度值产生一个估计值，将估计值作为插值赋给相邻两行对中位置处的待插像素点；然后结合当前场至少相邻两行的像素点、当前场待插像素点、前一场中与待插像素点相同位置对应的像素点、后一场中与待插像素点相同位置对应像素点的亮度值，利用五个判断准则所述(I、II、III、IV、V)的判断方法判断待插像素点是否运动。

插值通过如下的方法产生：假设F_n是当前场图像的亮度值，F_n(i，j)是当前场待插位置(i，j)处的插值，F_n(i-1，j)是当前场待插像素位置上一行的像素点的亮度值，F_n(i+1，j)是当前场待插像素位置下一行的像素点的亮度值。F_n-1是前一场图像亮度值，F_n+1是后一场图像亮度值，F_n-1(i，j)和F_n+1(i，j)分别是前一场和后一场空间位置(i，j)处像素点的亮度值，其插值的计算如下：

F_n(i，j)＝(F_n(i-1，j)+F_n(i+1，j))/2

运用本发明所述方法检测时，分别对前一场和后一场、前一场和当前场、当前场和后一场的图像亮度值进行运动检测，只有三个检测结果都为静止时，插值像素点才判断为静止，否则认为运动至少发生在两场之间。

本检测方法要判断待插像素点是否在运动，主要依据以下五条判断准则。

准则I：如果|F_n-1(i，j)-F_n+1(i，j)|＜Threshold1，则n-1场和n+1场对应点是相对静止的，否则，是运动的。

准则II：如果|F_n-1(i，j)-F_n(i，j)|＜Threshold1，则n-1场和n场对应点是相对静止的，否则，是运动的。

准则III：如果|F_n(i，j)-F_n+1(i，j)|＜Threshold1，则n场和n+1场对应点是相对静止的，否则，是运动的。

对于图像的边界，则在准则2判断的基础上，应利用准则4对其进行进一步判断：

准则Ⅳ：如果|F_n(i-1，j)-F_n(i+1，j)|＞Threshold2，且|F_n-1(i，j)-F_n(i-1，j)|＜Threshold1或|F_n-1(i，j)-Fn(i+1，j)|＜Threshold1，则表示是图像的边界，此待插像素点是静止的，否则，是运动的。

对于垂直分辨率极高的图像，利用准则5对其进一步判断：

准则V：把图像分成N个小块，对于每一块，利用准则1计算有多少像素是静止的，如果多于90％的点是静止的，则认为整个块是静止的。如果在时间域上该块连续5场都被判断为静止，则这一块就要被认为静止，这时，其他准则的判断结果无效。

当第五个准则的判断为运动时，再看如果其余准则均判断为静止，待插像素点就是静止的，否则认为存在相对运动。

通过接下来的描述和附图能更好的理解本发明。

附图说明

图1是本发明判断像素点E是否运动的三维运动检测图；

图2是本发明的系统总体流程图；

图3是运动检测器1的检测过程图；

图4是运动检测器2的检测过程图；

图5是逻辑判断4的原理图；

图6是比较器12的输出Y3；

图7是译码器13的真值表。

具体实施方式

图1说明了本发明的具体判断流程和方法。首先对图中的字母作一个说明：E点表示第n场(当前场)待插像素点，其亮度为F_n(i，j)；A、B分别表示当前场待插像素位置处之上和之下的两个像素点，亮度值分别为F_n(i-1，j)、F_n(i+1，j)；C、D分别表示第n-1场(前一场)和第n+1场(后一场)中与待插像素点相同位置的像素点，亮度值分别为F_n-1(i，j)、F_n+1(i，j)。本发明根据A、B两点的亮度值来预测待插像素点E的亮度值，同时分别计算C-D、C-E、E-D、A-B、A-C、B-C点的亮度差值大小，与预先设定的门限值进行比较，以判断待插像素点是否运动。

图2描述了本发明的系统总体流程。输入三场图像的亮度数据F_n-1、F_n、F_n+1，分别分成3块进行检测。其中方框1是对第n-1场和第n+1场的像素点C、D进行检测，利用准则1判断对应点是否运动；同时，还要利用准则1判断该块是否连续5场都为静止，是否是垂直细节丰富但为静止的图像。这一结果被准则5所用，控制第n-1场和第n场、以及第n场和第n+1场的检测。方框2是对第n-1场和第n场的像素点进行检测。首先估算出待插像素点的亮度值，然后利用准则2判断C、E两点是否相对运动，如果运动，则利用准则4加强判断看是否是由于物体的边界引起的两点亮度差值大；如果C、E两点相对静止，则结果直接进入逻辑判决器，以后的步骤不执行。准则4判断出如果是由于物体的边界引起的且待插点静止，则结果直接进入逻辑判决器，以后的步骤不执行；否则判断为运动，再利用准则5进行进一步加强判断，看是否是静止图像但由于垂直细节丰富导致的亮度差值大，进而判断相应点是否运动。结果进入逻辑判决器用来逻辑判断。

图2方框3是对第n场和第n+1场的像素点进行检测。检测步骤跟方框2完全一样，只不过检测对象换成了第n场和第n+1场的相应点。最后结果也进入逻辑判决器用来逻辑判断。

图2方框4便是对方框1、2、3的输出结果进行综合逻辑判断，以判断最终待插像素点是运动还是静止，完成运动检测。

图3给出了方框1的具体检测步骤。把第n-1场和第n+1场像素点C和D的亮度值相减，通过一个整流器6对差值取绝对值，利用准则1把差值绝对值与门限值Threshold1进行比较，输出判断结果。同时把结果送给分块统计器，用作准则5的判断。

图4给出了方框2的具体检测步骤。首先把A、B两点的亮度值相加除以2，得到待插像素点E的亮度值，然后分别作C-E、C-A、C-B、A-B的亮度差，取绝对值分别与不同的门限值Threshold1或Threshold2作比较，得到判断结果D0、D1、D2、D3，与准则5的判断结果D4一起送入比较器12，得到逻辑输出Y3，如表1所示。其中，D0、D1、D2、D3、D4取值为1时表示条件为真，取值为0时表示条件为假；Y3取值为1时表示静止，取值为0时表示运动。Y3就作为第n-1场和第n场的判断结果。

图5是输出逻辑判断4的原理图。逻辑判决器实际上是一个译码器，它对运动检测器1，2，3的输出Y1，Y3，Y4进行译码输出。Y1，Y3，Y4都是1bit数据，经译码器13译码后由N输出。为了更准确的判断状态，N为2bit数据，分别定义了4种状态，分别用“00”表示运动，“01”表示与前一场相对静止，与后一场相对运动，“10”表示与前一场相对运动，与后一场相对静止，“11”表示三场均相对静止。其真值表如表2所示。

根据以上的运动检测结果，再对图像进行后续的去隔行运算。

Claims (11)

1、一种去隔行技术的三维自适应运动检测方法，该方法是对前一场(F_n-1)，当前待插场(F_n)和后一场(F_n+1)三场图像相关像素点的亮度值进行运动检测，其特征在于该方法包括如下步骤：

a、选取当前场至少相邻两行的像素点，根据相邻两行的像素点亮度值产生一个估计值，将估计值作为插值赋给相邻两行对中位置处的待插像素点；

b、结合当前场至少相邻两行的像素点、当前场待插像素点、前一场中与待插像素点相同位置对应的像素点、后一场中与待插像素点相同位置对应像素点的亮度值，利用五个判断准则(I、II、III、IV、V)的判断方法判断待插像素点是否运动。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生插值的方法如下：

假设F_n是当前场图像亮度值，F_n(i，j)是当前场待插位置(i，j)处的插值，F_n(i-1，j)是当前场待插像素位置上一行的像素点的亮度值，F_n(i+1，j)是当前场待插像素位置下一行的像素点的亮度值。F_n-1是前一场图像亮度值，F_n+1是后一场图像亮度值，F_n-1(i，j)和F_n+1(i，j)分别是前一场和后一场空间位置(i，j)处像素点的亮度值，其插值的计算如下：

F_n(i，j)＝(F_n(i-1，j)+F_n(i+1，j))/2。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别对前一场和后一场、前一场和当前场、当前场和后一场的图像亮度值进行运动检测，只有三个检测结果都为静止时，插值像素点才判断为静止，否则认为运动至少发生在两场之间。

4、根据权利要求1步骤b中所述的五个判断准则，其特征在于，准则I的判断方法如下：

对于n-1场和n+1场图像，如果|F_n-1(i，j)-F_n+1(i，j)|＜Threshold1，则n-1场和n+1场对应点是相对静止的，否则是运动的，其中Threshold1是用来判断亮度的变化表明是运动还是静止的预定门限值。

5、根据权利要求1步骤b中所述的五个判断准则，其特征在于，准则II的判断方法如下：

对于n-1场和n场图像，如果|F_n-1(i，j)-F_n(i，j)|＜Threshold1，则n-1场和n场对应点是相对静止的，否则是运动的。

6、根据权利要求1步骤b中所述的五个判断准则，其特征在于，准则III的判断方法如下：

对于n场和n+1场图像，如果|F_n(i，j)-F_n+1(i，j)|＜Threshold1，则n场和n+1场对应点是相对静止的，否则，是运动的。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于图像的边界，假如当前场待插像素位置处之上和之下的两个像素点(i-1，j)、(i+1，j)刚好位于边界的两侧，对于n-1场和n场图像，则先用准则2所述方法判断，然后再利用判断准则IV对其进行进一步判断。

8、根据权利要求1或7所述的判断准则IV，其特征在于：所述判断准则IV的判断方法如下：

如果|F_n(i-1，j)-F_n(i+1，j)|＞Threshold2，且|F_n-1(i，j)-F_n(i-1，j)|＜Threshold1或|F_n-1(i，j)-F_n(i+1，j)|＜Threshold1，

则表示插值像素点处在图像的边界，此插值像素点是静止的，否则，是运动的。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：类似地，对于图像边界的情况，对n场和n+1场图像的判断与对n-1和n场图像的判断所用方法一致。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于垂直分辨率极高的图像，先用准则2(或准则3)和准则4对其作出判断，再用判断准则V对其进一步判断。

11、根据权利要求1或10所述的判断准则V，其特征在于：该判断准则的判断方法如下：

把图像分成N个小块，对于每一块，利用准则1计算有多少像素是静止的，如果多于90％的点是静止的，则认为整个块是静止的；如果在时间域上该块连续5场都被判断为静止，那么这一块就是静止；如果用准则V判断为运动，则再看其余准则的判断结果，如果其余准则均判断为静止，待插像素点就是静止的，否则认为存在相对运动。