DE4112235A1 - Separating zoom, rotational and translational motor parameters in image sequences - dividing motion vector data and storing in matrix memory, forming histograms and determining global parameters - Google Patents

Separating zoom, rotational and translational motor parameters in image sequences - dividing motion vector data and storing in matrix memory, forming histograms and determining global parameters

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DE4112235A1
DE4112235A1 DE4112235A DE4112235A DE4112235A1 DE 4112235 A1 DE4112235 A1 DE 4112235A1 DE 4112235 A DE4112235 A DE 4112235A DE 4112235 A DE4112235 A DE 4112235A DE 4112235 A1 DE4112235 A1 DE 4112235A1
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Abstract

A high definition t.v. transmission system uses separation of zoom, rotation and translation parameters. The first stage in the process consists of storing the motion vectors (Vxi,Vyi) in a memory (A). The values stored are then set in relation to the different coordinates (B) and the different levels in the memory matrix used (C) to generate a 3D histogram (h). Global parameters (axglob,ayglob) are determined (D) for pure translational motion and a separate parameter (rglob) for rotational movement. A global zoom parameter (bglob) is generated by separate units (EFG). ADVANTAGE - Simultaneous generation of zoom, rotation and translational motion.

Description

Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Zoom-, Rotations- und Translationsparametern bei der Berechnung globaler Bewegungsparameter in bewegten Fernsehbildsequenzen. Bei der Codierung von Bildsequenzen für die Bildübertragung - z. B. HDTV oder Bildfernsprechen - oder bei einer qualitativ hochwertigen Normwandlung für Bewegtbildszenen - z. B. von 60 Hz auf 50 Hz - spielen Bewegungsvektoren eine zentrale Rolle. Durch den Vergleich zweier aufeinander folgender Bilder kann die Verschiebung eines Objektes von einem zum nächsten Bild bestimmt werden. Hierbei wird das Bild üblicherweise in Blöcke aufgeteilt mit Blockgrößen von 8·8 bis 16·16 Bildpunkten. Die Blockgröße spielt jedoch im folgenden keine Rolle. Die so gewonnenen oder "gemessenen" Verschiebungs- bzw. Bewegungsvektoren werden bei Bitratenreduktionstechniken vom Sender zum Empfänger übertragen und im Empfänger zur Rekonstruktion eines Bildes auf der Basis des vorhergehenden benutzt. Bei Normwandlungen werden sie benutzt, um zeitlich dazwischenliegende Bilder zu erzeugen.The invention relates to a method for separating Zoom, rotation and translation parameters for the Calculation of global motion parameters in moving TV picture sequences. When coding image sequences for image transmission - e.g. B. HDTV or Telephony - or with a high quality Change of norms for moving picture scenes - e.g. B. from 60 Hz 50 Hz - motion vectors play a central role. By comparing two successive images can move an object from one to the next Image can be determined. Here, the picture is usually divided into blocks with block sizes from 8 · 8 to 16 · 16 Pixels. However, the block size plays in the following not matter. The so obtained or "measured" Displacement or motion vectors are at Bit rate reduction techniques from sender to receiver transmitted and in the receiver for reconstruction of an image used on the basis of the previous one. At Norm changes are used to temporally to create intermediate images.

Aus diesen Bewegungsvektoren lassen sich die Bewegungs­ parameter ermitteln, die nicht mehr der Bewegung eines kleinen Blockes zugeordnet sind, sondern der Bewegung eines größeren Objektes bzw. des Hintergrundes (bei z. B. Kameraschwenk oder Zoom).The motion can be derived from these motion vectors Determine parameters that are no longer the movement of a are assigned to a small block, but the movement of one larger object or the background (e.g. Camera panning or zoom).

Bisher wurden aufwendige rekursive Verfahren, wie z. B. lineare Regression eingesetzt um translatorische Bewegungen von Zoom und Rotation zu trennen und so die Bewegungs­ parameter von Objekten und Hintergrund zu bestimmen. So far, complex recursive methods, such as. B. linear regression used around translational movements separate from zoom and rotation and so the movement Determine parameters of objects and background.  

Die Schnelligkeit der Konvergenz hing dabei von der Bildvorlage ab und in kritischen Fällen versagte das Verfahren (siehe: Goetze, M: "Generation of motion vector fields for motion compensated interpolation of HDTV signals", signal processing of HDTV, Elsevier Science Publishers B. V. (North-Holland), 1988, S. 383-391).The speed of convergence depended on the Picture template from and in critical cases that failed Process (see: Goetze, M: "Generation of motion vector fields for motion compensated interpolation of HDTV signals ", signal processing of HDTV, Elsevier Science Publishers B.V. (North Holland), 1988, pp. 383-391).

Im folgenden wird ein wesentlich einfacheres Verfahren angegeben, durch das die Bewegungsparameter von größeren Objekten bzw. Hintergrund aus den gemessenen Bewegungsvek­ toren über 2- bis 3-dimensionale Histogramme ermittelt werden können. Im Gegensatz zu bisher üblichen Verfahren entfallen alle rekursiven Berechnungen. Es wird eine direkte Untersuchung der lokalen Bewegungsvektoren durchgeführt.The following is a much simpler procedure specified by which the movement parameters of larger Objects or background from the measured movement vector gates determined by 2 to 3-dimensional histograms can be. In contrast to the usual methods all recursive calculations are omitted. It will be one direct investigation of the local motion vectors carried out.

Die Bewegungsvektoren können dabei nach verschiedenen, in der Literatur beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Am anschaulichsten ist das sogenannte Blockmatching-Verfahren, das schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Dem Blockmatchingverfahren liegt folgender Ablauf zugrunde:The motion vectors can be determined using various methods described in the literature. The most illustrative is the so-called block matching method, which is shown schematically in FIG. 4. The block matching procedure is based on the following process:

  • A) Verzögerung um zwei Teilbilder oder ein VollbildA) Delay by two fields or one frame
  • B) Blockweise Bildzerlegung; die zweidimensionalen Blöcke beinhalten z. B. 4·4 oder 8·8 oder 16·16 Bildpunkte.B) Block-by-frame image decomposition; the two-dimensional blocks include e.g. 4 x 4 or 8 x 8 or 16 x 16 Pixels.
  • C) Festlegung eines zweidimensionalen Suchbereiches, z. B. von ±17· ±17 Bildpunkten.C) definition of a two-dimensional search area, e.g. B. of ± 17 · ± 17 pixels.
  • D) Verschiebung eines zu B korrespondierenden Blockes um jeweils einen Bildpunkt oder um einen Bildpunkt in der Nachbarzeile im Suchbereich pro Verarbeitungsschritt. D) Shift of a block corresponding to B by one pixel or one pixel in the Neighbor line in the search area per processing step.  
  • E) Bestimmung der Korrelation zwischen den Blöcken aus B und D; in der einfachsten Ausbildung wird nur eine Differenz zwischen den Bildelementen der korre­ spondierenden Blöcke von B und D gemessen und über den gesamten Block aufsummiert (Blockdifferenz).E) Determine the correlation between the blocks B and D; in the simplest training there will only be one Difference between the picture elements of the correct sponding blocks of B and D measured and over the total block totaled (block difference).
  • F) Ermittlung der höchsten im Suchbereich ermittelten Korrelation bzw. der geringsten Blockdifferenz. Hieraus ergibt sich die Verschiebung des Blockes auf Grund von Bewegung.F) Determination of the highest determined in the search area Correlation or the smallest block difference. This results in the displacement of the block Reason of movement.
  • G) vektorielle Darstellung der Verschiebung (Bewegung).G) vectorial representation of the displacement (movement).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei gleichzeiti­ gem Auftreten von Zoom, Rotation und Translation eine Trennung dieser drei Bewegungen. Über eine Nachverarbeitung der Bewegungsvektoren lassen sich dann die globalen Bewegungsparameter jeder der drei Bewegungen ermitteln.The method according to the invention enables at the same time according to the appearance of zoom, rotation and translation Separation of these three movements. Via post processing the motion vectors can then be global Determine movement parameters of each of the three movements.

Das Verfahren ist unabhängig davon, ob bei der Darstellung der Bewegungsvektoren eine Pel- oder Subpel-Auflösung gewählt wird. Pel-genaue Auflösung bedeutet, daß die gemessenen Vektoren sich nur auf das ursprüngliche zweidimensionale und im allgemeinen Fall auch orthogonale Abtastraster beziehen. Bei subpel-genauer Auflösung sind auch Zwischenrasterpunkte erlaubt, die jedoch aus dem ursprünglichen Abtastraster interpoliert werden müssen.The procedure is independent of whether in the presentation the motion vectors a pel or subpel resolution is chosen. Pel-precise resolution means that the measured vectors refer only to the original two-dimensional and in general also orthogonal Obtain the scanning grid. At subpel-precise resolution intermediate grid points are also allowed, but from the original sampling grid must be interpolated.

Die globale Bewegungsschätzung führt auf Grund der Statistik der Bewegungsvektoren im allgemeinen auf Subpel- Genauigkeit, auch wenn von pel-genauen Vektoren ausgegangen wird.The global motion estimation is based on the Statistics of motion vectors in general on subpel Accuracy even when assuming pel-precise vectors becomes.

Treten gleichzeitig Zoom, Rotation und Translation auf, so ist von folgender Gleichung auszugehen:If zoom, rotation and translation occur simultaneously, see above the following equation can be assumed:

Die horizontale und vertikale Richtung des Bildes ist mit x bzw. y bezeichnet und (vx, vy) ist der zum Bildpunkt (x,y) gehörende und "gemessene" Verschiebungsvektor. Der gesuchte Zoomparameter ist mit b bezeichnet, der Parameter für die Rotation mit r und die gesuchten Parameter für die transla­ torische Bewegung in x- und y-Richtung mit ax bzw. ay.The horizontal and vertical direction of the image is designated x and y and (v x , v y ) is the "measured" displacement vector belonging to the pixel (x, y). The zoom parameter sought is denoted by b, the parameter for the rotation with r and the sought parameter for the translatory movement in the x and y directions with a x and a y .

Liegen die Mittelpunkte vom Zoom und Rotation nicht im Ursprung des Koordinatensystems, und dies wird normaler­ weise der Fall sein, so können die auftretenden Zusatzterme auch als translatorische Scheinbewegungen interpretiert werden.If the centers of the zoom and rotation are not in the Origin of the coordinate system and this is becoming more normal as the case may be, the additional terms that occur also interpreted as translational sham movements will.

Diese auftretenden Scheinbewegungen werden in die transla­ torische Bewegung eingerechnet und damit kann ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit der Koordinaten­ ursprung festgelegt werden (z. B. in Bildmitte) und Rotation und Zoom können bzgl. dieses Punktes definiert werden, was in Gleichung 1 geschehen ist.These apparent movements appear in the transla Including toric movement and thus can without Limitation of the general validity of the coordinates origin (e.g. in the middle of the picture) and Rotation and zoom can be defined with regard to this point what happened in Equation 1.

Man hat nun die Möglichkeit, entweder den Zoomparameter b oder den Rotationsparameter r zu eliminieren. Bei Elimination des Zoomparameters b ergibt sichYou can now either use the zoom parameter b or to eliminate the rotation parameter r. At Elimination of the zoom parameter b results

vyx - vxy = ayx - axy + (x² + y²)r (2)v y x - v x y = a y x - a x y + (x² + y²) r (2)

Werden die Größen ax, ay und r als Achsen eines Koordinatensystems im dreidimensionalen Raum aufgefaßt, so bildet Gleichung 2 eine Ebene in diesem Raum. Die Menge aller Ebenen schneiden sich in einem Punkt mit den gesuchten Rotations- und Translationsparametern. Die Ebenen schneiden sich nicht in einer Geraden. Wird der Rotationsparameter r als Funktion von (ax, ay) aufgefaßt, so hängt die Steigung der Ebene in den Richtungen ax bzw. ay von x bzw. y ab (-x/(x²+y²) bzw. y/(x²+y²)) und ist damit für jeden Wert von (x, y) anders.If the quantities a x , a y and r are understood as axes of a coordinate system in three-dimensional space, equation 2 forms a plane in this space. The set of all planes intersect at one point with the rotation and translation parameters sought. The levels do not intersect in a straight line. If the rotation parameter r is understood as a function of (a x , a y ), the slope of the plane in the directions a x or a y depends on x or y (-x / (x² + y²) or y / (x² + y²)) and is therefore different for each value of (x, y).

Im Raum (ax, ay, r) werden die Werte der Punkte auf den jeweiligen Ebenen um 1 erhöht. Das so erstellte Histogramm ist dreidimensional, das Maximum stellt den gesuchten Wert dar.In space (a x , a y , r) the values of the points on the respective levels are increased by 1. The histogram created in this way is three-dimensional, the maximum represents the value sought.

Bei Fernsehbildern sind die Bewegungsvektoren meist nicht exakt bestimmbar, sondern mit einer gewissen Schwankungs­ breite behaftet. Es wird dann keine sauberen Schnittpunkte mehr geben, sondern Bereiche, in denen sich die Ebenen gehäuft schneiden. Das Maximum dieses Bereiches wird dann als die globale Bewegung interpretiert.The motion vectors are usually not in the case of television pictures exactly determinable, but with a certain fluctuation wide afflicted. Then there will be no clean intersections give more but areas where the levels are cut frequently. The maximum of this range is then interpreted as the global movement.

Zur Ermittlung des Zoomparameters b kann in Gleichung 1 der Rotationsparameter r eliminiert werden und analog wie oben ein dreidimensionales Histogramm mit ax, ay und b als Koordinatenachsen gebildet werden. Einfacher ist es allerdings, wenn in die Gleichungen 1 die gewonnenen Werte von ax, ay und r eingesetzt werden und über ein einfaches Histogramm der Zoomparameter b ermittelt wird.To determine the zoom parameter b, the rotation parameter r can be eliminated in equation 1 and, analogously to the above, a three-dimensional histogram with a x , a y and b as coordinate axes can be formed. However, it is simpler if the values obtained from a x , a y and r are used in equations 1 and the zoom parameter b is determined using a simple histogram.

Genausogut kann natürlich erst r aus Gleichung 1 eliminiert und anschließend ermittelt werden.Just as well, of course, can only be eliminated from equation 1 and then be determined.

In Fig. 1 ist die Ermittlung der globalen Parameter für Translation, Rotation und Zoom schematisch dargestellt. Fig. 1 liegt folgender Ablauf zu Grunde:The determination of the global parameters for translation, rotation and zoom is shown schematically in FIG . Fig. 1, the following sequence underlies:

  • A: Speicherung der in der gesamten Figur ermittelten Vektoren (Vektorfeldspeicher)
    xi, yi: Bildpunktkoordinaten
    vxi, vyi: zugeordnete Vektoren.
    A: Storage of the vectors determined in the entire figure (vector field memory)
    x i , y i : pixel coordinates
    v xi , v yi : assigned vectors.
  • B: Einsetzen der Werte xi, yi, vxi, vyi in die Ebenengleichung 0 = li(ax, ay, r) = -vyx + vxy + ayx - axy + (x² + y²)rd. h. Adreßberechnung all der Speicherelemente einer Speichermatrix, die den Punkten dieser Ebene zugeordnet sind.B: Insert the values x i , y i , v xi , v yi in the plane equation 0 = l i (a x , a y , r) = -v y x + v x y + a y x - a x y + (x² + y²) approx. H. Address calculation of all the memory elements of a memory matrix that are assigned to the points of this level.
  • C: Akkumulation der Ebenen in der (ax, ay, r)-Speichermatrix ergibt dreidimensionales Histogramm h(ax, ay, r).C: Accumulation of the levels in the (a x , a y , r) storage matrix gives a three-dimensional histogram h (a x , a y , r).
  • D: Spitzenwertdetektion ergibt die globalen Parameter axglob, ayglob für reine translatorische Bewegung und rglob für rotatorische Bewegung.D: Peak value detection gives the global parameters a xglob , a yglob for pure translatory movement and r glob for rotary movement.
  • E: Ermittlung des Zoom-Parameters bi aus den Gleichungen bxi = vxi - axglob + xirglob und byi = vyi - ayglob + xirglobd. h. Adreßberechnung des Speicherelementes, das dem Punkt bi zugeordnet ist.E: Determination of the zoom parameter b i from the equations bx i = v xi - a xglob + x i r glob and by i = v yi - a yglob + x i r glob ie address calculation of the memory element associated with the point b i is.
  • F: Akkumulation der Punkte im bi-Speicher zum eindimensionalen Histogramm h(b).F: Accumulation of the points in the b i memory to form the one-dimensional histogram h (b).
  • G: Spitzenwertdetektion ergibt den globalen Zoom-Parameter bglob. Analog kann auch verfahren werden, wenn in einer Bildfolge gleichzeitig nur Zoom- und Translation vorliegen. Ist ein Zoom mit einer translatorischen Bewegung überlagert, kann in der Bildebene die Bewegung wie folgt beschrieben werden: G: Peak value detection gives the global zoom parameter b glob . An analogous procedure can also be used if only one zoom and translation are present in one image sequence. If a zoom is overlaid with a translational movement, the movement in the image plane can be described as follows:

Die horizontale und vertikale Richtung des Bildes sind mit x bzw. y bezeichnet und (vxvy) ist der zum Bildpunkt (x,y) gehörende und "gemessene" Verschiebungsvektor. Der Zoomparameter ist mit b bezeichnet und die gesuchten Parameter für die translatorische Bewegung in x- und y-Richtung mit ax bzw. ay.The horizontal and vertical direction of the image are denoted by x and y and (v x v y ) is the displacement vector belonging to the pixel (x, y) and is "measured". The zoom parameter is denoted by b and the parameters sought for the translatory movement in the x and y directions are denoted by a x and a y, respectively.

Liegt der Mittelpunkt des Zoomes nicht in Bildmitte, so werden die auftretenden Zusatzterme als translatorische Scheinbewegung aufgefaßt und mit der bereits vorhandenen translatorischen Bewegung zu einem Term ax, ay zusammenge­ faßt.If the center of the zoom is not in the center of the image, the additional terms that occur are interpreted as translational sham movement and combined with the already existing translational movement to form a term a x , a y .

Wird in Gleichung 3 der Zoomparameter b eliminiert, ergibt sich:If the zoom parameter b is eliminated in equation 3, the result is yourself:

(ay - vy)x = (ax - vx)y (4)(a y - v y ) x = (a x - v x ) y (4)

Für jeden Bildkoordinatenpunkt (xi, yi) werden die Bewegungsvektoren (vxi, vyi) als bekannt angesehen, da es gemessene Größen sind. Werden nun die Größen (ax, ay) als Variable behandelt, so stellt diese Gleichung eine lineare Zuordnung zwischen ax und ay her. Zu jedem Bildpunkt mit den dazugehörenden Bewegungsvektoren gehört also eine Gerade im (ax, ay) - Raum. Allen Bildpunkten, die sich mit der gleichen translatorischen Geschwindigkeit bewegen, sind Geraden zugeordnet, die sich in einem Punkt (axglob, ayglob) treffen. Die beiden Geschwindigkeiten (axglob, ayglob) stellen dann die translatorischen Geschwindigkeitsparameter in x- bzw. y-Richtung dar. Zu jedem Bildpunkt mit den dazugehörenden Bewegungsvektoren muß also eine Gerade nach Gleichung 4 gezeichnet werden. Schnittpunkte mehrerer Geraden ergeben dann die translatorische Bewegung auch bei vorhandenem Zoom.For each image coordinate point (x i , y i ), the motion vectors (v xi , v yi ) are considered to be known, since they are measured quantities. If the quantities (a x , a y ) are now treated as variables, this equation establishes a linear assignment between a x and a y . A line in (a x , a y ) space belongs to each pixel with the associated motion vectors. All pixels that move at the same translatory speed are assigned straight lines that meet at one point (a xglob , a yglob ). The two speeds (a xglob , a yglob ) then represent the translational speed parameters in the x or y direction. A line according to equation 4 must therefore be drawn for each pixel with the associated motion vectors. Intersections of several straight lines then result in the translatory movement even when the zoom is present.

Bei Fernsehbildern sind die Bewegungsvektoren meist nicht exakt bestimmbar, sondern mit einer gewissen Schwankungs­ breite behaftet. Es wird dann keine sauberen Schnittpunkte mehr geben, sondern Bereiche, in denen sich die Geraden gehäuft schneiden. Das Maximum dieses Bereiches wird als die translatorische Bewegung interpretiert.The motion vectors are usually not in the case of television pictures exactly determinable, but with a certain fluctuation  wide afflicted. Then there will be no clean intersections give more, but areas where the straight lines cut frequently. The maximum of this range is called interpreted the translational movement.

Wird nun das gefundene Maximum (oder die gefundenen Maxima) in der (ax, ay) Ebene in Gleichung 3 eingesetzt, so ergibt sichIf the maximum found (or the maximums found) is now used in the (a x , a y ) plane in equation 3, the result is

bx = vx - axglob
by = vy - ayglob (5)
bx = v x - a xglob
by = v y - a yglob (5)

der Zoomparameter b. Für jeden Bildpunkt mit den dazugehö­ renden "gemessenen" Bewegungsvektoren (vxi, vyi) wird der Wert von b berechnet. Über ein Histogramm h(b) ist es dann einfach, den Wert von b zu bestimmen, der am häufigsten angenommen wird. Dieses Maximum von h(b) gibt den gesuchten Zoom-Parameter bglob.the zoom parameter b. The value of b is calculated for each pixel with the associated “measured” motion vectors (v xi , v yi ). A histogram h (b) then makes it easy to determine the value of b that is most commonly assumed. This maximum of h (b) gives the desired zoom parameter b glob .

In Fig. 2 ist die Ermittlung der globalen Parameter schematisch dargestellt. Dabei ist von folgendem Ablauf auszugehen.The determination of the global parameters is shown schematically in FIG . The following procedure is to be assumed.

  • A: Speicherung der in der gesamten Figur ermittelten Vektoren (Vektorfeldspeicher)
    xi, yi: Bildpunktkoordinaten
    vxi, vyi: zugeordnete Vektoren.
    A: Storage of the vectors determined in the entire figure (vector field memory)
    x i , y i : pixel coordinates
    v xi , v yi : assigned vectors.
  • B: Einsetzen der Werte xi, yi, vxi, vyi in die Geradengleichung: 0 = fi(ax, ay) = (ay - vx)x - (ax - vx)yd. h. Adreßberechnung all der Speicherelemente einer Speichermatrix, die den Punkten dieser Geraden zugeordnet sind.B: Insert the values x i , y i , v xi , v yi in the line equation: 0 = f i (a x , a y ) = (a y - v x ) x - (a x - v x ) yd. H. Address calculation of all the storage elements of a storage matrix which are assigned to the points of this straight line.
  • C: Akkumulation der Geraden in der (ax, ay)-Speichermatrix ergibt dreidimensionales Histogramm h(ax, ay). C: Accumulation of the straight lines in the (a x , a y ) storage matrix gives a three-dimensional histogram h (a x , a y ).
  • D: Spitzenwertdetektion ergibt die globalen Parameter axglob und ayglob für reine translatorische Bewegung.D: Peak value detection gives the global parameters a xglob and a yglob for pure translational movement.
  • E: Ermittlung des Zoom-Parameters bi aus den Gleichungen bx = vxi - axglob und by = vyi - ayglobd. h. Adreßberechnung des Speicherelementes einer Speichermatrix, der dem Punkt bi zugeordnet ist.E: Determination of the zoom parameter b i from the equations bx = v xi - a xglob and by = v yi - a yglob, ie address calculation of the memory element of a memory matrix which is assigned to point b i .
  • F: Akkumulation der bi-Werte zum eindimensionalen Histogramm h(b).F: Accumulation of the b i values to the one-dimensional histogram h (b).
  • G: Spitzenwertdetektion ergibt den globalen Zoom-Parameter bglob.G: Peak value detection gives the global zoom parameter b glob .

Analog kann auch verfahren werden, wenn in einer Bildfolge gleichzeitig Rotation und Translation vorliegen.The same can be done if in a sequence of images There is rotation and translation at the same time.

Der lokale Bewegungsvektor läßt sich darstellen als Überlagerung der translatorischen Bewegung (ax, ay) und der rotatorischen Bewegung mit dem Rotationsparameter r.The local motion vector can be represented as a superposition of the translatory motion (a x , a y ) and the rotary motion with the rotation parameter r.

Stimmt der Ursprung des Koordinatensystems nicht mit dem Mittelpunkt der Rotation überein, so kann dieser Unter­ schied wiederum als Scheinbewegung interpretiert werden und mit der translatorischen Bewegung verrechnet werden.If the origin of the coordinate system does not agree with that Center of rotation, so this sub again be interpreted as a sham movement and can be offset against the translational movement.

Die Vorgehensweise ist nun analog wie bei der Trennung von Zoom und translatorischer Bewegung. Die Elimination des Rotationsparameters r gibt einen linearen Zusammenhang zwischen ax und ay bei bekannten lokalen Bewegungsvektoren (vx, vy) und Ort (x,y):The procedure is now the same as for the separation of zoom and translatory movement. The elimination of the rotation parameter r gives a linear relationship between a x and a y with known local motion vectors (v x , v y ) and location (x, y):

(vy - ay)y = -(vx - ax)x (7)(v y - a y ) y = - (v x - a x ) x (7)

Wiederum ist der Schnittpunkt der Geraden von verschiedenen lokalen Bewegungsvektoren und Orten der gesuchte Wert der translatorischen Bewegung. Zur Bestimmung des Schnittpunktes wird in der Geschwindigkeitsebene (ax, ay) ein zweidimensionales Histogramm erstellt, bei dem entlang jeder Geraden der Wert jeweils erhöht wird.Again, the intersection of the straight lines of different local motion vectors and locations is the desired value of the translatory motion. To determine the point of intersection, a two-dimensional histogram is created in the speed plane (a x , a y ), in which the value is increased along each straight line.

Bei bekannten translatorischen Bewegungsparametern kann dann mit den beiden Gleichungen 6 der Rotationsparameter r über ein Histogramm bestimmt werden.With known translatory movement parameters can then with the two equations 6 of the rotation parameters r can be determined using a histogram.

In Fig. 3 ist die Ermittlung der globalen Parameter für Translation und Rotation schematisch dargestellt. Fig. 3 liegt folgender Ablauf zu Grunde:The determination of the global parameters for translation and rotation is shown schematically in FIG . Fig. 3, the following flow underlies:

  • A: Speicherung der in der gesamten Fig. 3 ermittelten Vektoren (Vektorfeldspeicher)
    xi, yi: Bildpunktkoordinaten
    vxi, vyi: zugeordnete Vektoren.
    A: Storage of the vectors determined in the entire FIG. 3 (vector field memory)
    x i , y i : pixel coordinates
    v xi , v yi : assigned vectors.
  • B: Einsetzen der Werte xi, yi, vxi, vyi in die Geradengleichung 0 = gi(ax, ay) = (ay-vy)y + (ax-vx)xd. h. Adreßberechnung der Speicherelemente einer Speichermatrix, die den Punkten der Geraden zugeordnet sind.B: Insert the values x i , y i , v xi , v yi in the line equation 0 = g i (a x , a y ) = (a y -v y ) y + (a x -v x ) xd. H. Address calculation of the memory elements of a memory matrix which are assigned to the points of the straight line.
  • C: Akkumulation der Geraden in der (ax, ay)-Speichermatrix ergibt ein zweidimensionales Histogramm h(ax, ay).C: Accumulation of the straight lines in the (a x , a y ) storage matrix results in a two-dimensional histogram h (a x , a y ).
  • D: Spitzenwertdetektion ergibt die globalen Parameter axglob und ayglob für reine translatorische Bewegung. D: Peak value detection gives the global parameters a xglob and a yglob for pure translational movement.
  • E: Ermittlung des Rotationsparameters ri aus den Gleichungen rxi = vyi - ayglob und ryi = vxi - axglob,d. h. Adreßberechnung des Speicherelementes einer Speichermatrix, das dem Punkt ri zugeordnet ist.E: Determination of the rotation parameter r i from the equations rx i = v yi - a yglob and ry i = v xi - a xglob , ie address calculation of the memory element of a memory matrix which is assigned to the point r i .
  • F: Akkumulation der Punkte ri-Speicher zum eindimensionalen Histogramm h(r).F: Accumulation of the points r i memory to the one-dimensional histogram h (r).
  • G: Spitzenwertdetektion ergibt den globalen Rotations-Parameter rglob.G: Peak value detection gives the global rotation parameter r glob .

Claims (5)

1. Verfahren zur Trennung von Zoom-, Rotations- und Translationsparametern bei der Ermittlung globaler Bewegungsparameter in Bildsequenzen (Vollbild oder Teilbild) dadurch gekennzeichnet,
daß die durch eine Nachverarbeitung der Bewegungsvek­ toren gewonnenen globalen Bewegungsparameter dadurch bestimmt werden,
daß die jedem Bildkoordinatenpunkt (xi, yi) zugeordnete Ebene ayx-axy + (x2+ y2)r-vyx + vxy = 0, die durch Elimination des Zoomparameters (b) aus den Bewegungsgleichungen gewonnen wurde, mittels eines dreidimensionalen Histogramms in einer Speichermatrix akkumuliert wird,
daß mit anschließender Spitzenwertdetektion die globalen Parameter für die translatorische Bewegung (axglob, ayglob) und die rotatorische Bewegung (rglob) ermittelt werden, daß die jedem Bildkoordinatenpunkt (xi, yi) bei bekannter translatorischer Bewegung (axglob, ayglob) und bei bekannter rotatorischer Bewegung (rglob) zugeordnete Zoombewegung (b) mittels eines eindimensionalen Histogramms in einer Speicher­ matrix akkumuliert wird und daß mit anschließender Spitzenwertdetektion der globale Zoomparameter (bglob) detektiert wird.
1. A method for separating zoom, rotation and translation parameters in the determination of global motion parameters in image sequences (full image or partial image), characterized in that
that the global motion parameters obtained by postprocessing the motion vectors are determined by
that the plane a y xa x y + (x 2 + y 2 ) rv y x + v x y = 0 assigned to each image coordinate point (x i , y i ), which was obtained from the equations of motion by eliminating the zoom parameter (b), is accumulated in a memory matrix using a three-dimensional histogram,
that with subsequent peak value detection , the global parameters for the translatory movement (a xglob , a yglob ) and the rotary movement (r glob ) are determined, that each image coordinate point (x i , y i ) with known translatory movement (a xglob , a yglob ) and with known rotary movement (r glob ) associated zoom movement (b) is accumulated in a memory matrix by means of a one-dimensional histogram and that the global zoom parameter (b glob ) is detected with subsequent peak value detection.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung von Rotations- und Translationsparametern die durch eine Nachverarbeitung der Bewegungsvektoren gewonnenen globalen Bewegungsparameter dadurch bestimmt werden, daß die jedem Bildpunkt (xi,yi) zugeordnete Gerade vyy-ayy+vxx-axx = 0, die durch Elimination des Rotationsparameters (r) aus den Bewegungsgleichungen gewonnen wurde, mittels eines zweidimensionalen Histogramms in einer Speichermatrix akkumuliert wird,
daß mit anschließender Spitzenwertdetektion die globalen Parameter für die translatorische Bewegung (axglob, ayglob) ermittelt werden und daß die jedem Bildkoordinatenpunkt (xi,yi) bei bekannter translato­ rischer Bewegung (axglob, ayglob) zugeordnete rotato­ rische Bewegung (rglob) mittels eines eindimensionalen Histogramms und anschließender Spitzenwertdetektion ermittelt wird.
2. The method according to claim 1, characterized in that for the separation of rotation and translation parameters, the global motion parameters obtained by postprocessing the motion vectors are determined in that the straight line v y ya y y + assigned to each pixel (x i , y i ) v x xa x x = 0, which was obtained from the equations of motion by eliminating the rotation parameter (r), is accumulated in a memory matrix using a two-dimensional histogram,
that with subsequent peak value detection the global parameters for the translational movement (a xglob , a yglob ) are determined and that the rotatory movement assigned to each image coordinate point (x i , y i ) with known translatory movement (a xglob , a yglob ) (right glob ) is determined using a one-dimensional histogram and subsequent peak value detection.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung von Zoom- und Translationsparametern die durch eine Nachverarbeitung der Bewegungsvektoren gewonnenen globalen Bewegungsparameter dadurch bestimmt werden, daß die jedem Bildpunkt (xi,yi) zugeordnete Gerade axv-vxy-ayx+vyx = O, die durch Elimination des Zoomparameters (b) aus den Bewegungsgleichungen gewonnen wurde, mittels eines zweidimensionalen Histogramms in einer Speichermatrix akkumuliert wird,
daß mit anschließender Spitzenwertdetektion die globalen Parameter für die translatorische Bewegung (axglob, ayglob) ermittelt werden, und daß die jedem Bildkoordinatenpunkt (xi,yi) bei bekannter translatorischer Bewegung (axglob, ayglob) zugeordnete Zoombewegung (bglob) mittels eines eindimensionalen Histogramms und anschließender Spitzenwertdetektion ermittelt wird.
3. The method according to claim 1, characterized in that for the separation of zoom and translation parameters, the global motion parameters obtained by postprocessing the motion vectors are determined in that the straight line a x vv x ya y assigned to each pixel (x i , y i ) x + v y x = O, which was obtained from the equations of motion by eliminating the zoom parameter (b), is accumulated in a memory matrix using a two-dimensional histogram,
that with subsequent peak detection, the global parameters for the translatory movement (a xglob, a yglob) are determined, and that the each image coordinate point (x i, y i) (xglob a, a yglob) at a known translational movement associated zoom movement (b glob) is determined by means of a one-dimensional histogram and subsequent peak value detection.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Darstellung der Bewegungsvektoren eine Pel-Auflösung verwendet wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized records that to represent the motion vectors a pel resolution is used. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Darstellung der Bewegungsvektoren eine Subpel-Auflösung gewählt wird.5. The method according to claim 1 to 3, characterized records that to represent the motion vectors a subpel resolution is chosen.
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EP1026635A2 (en) * 1999-02-01 2000-08-09 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Motion descriptor generating apparatus by using accumulated motion histogram and a method therefore
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