1.一种基于粒子滤波的视频稳定方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)对于视频序列图像{Pn(x,y)|n=1,2,…N},采用下述模型表示视频序列图像中相邻两帧图像的映射关系:
其中(xn,yn)表示第n帧的一个像素点所在的位置坐标,(xn+1,yn+1)是其对应的第n+1帧的像素点所在的位置坐标,(Δx,Δy)为运动补偿参数;
选取粒子数量M,每个粒子的都有一个权重记为 每个粒子的初始权重均设为1/M,每个粒子对应的运动补偿参数为对所有的粒子进行初始化:
其中ε为[-1,1]内的随机数,每个粒子对应的运动补偿参数的初始值(Δxinit,Δyinit)均取0,b是一个常数,表示单帧补偿范围;
根据公式(2),可以获得M个粒子的在第一帧的初始取值;
(2)对每个粒子进行状态预测,考虑摄像机的实际扫描状态,故构造线性离散系统模型作为状态转移方程:
其中G1、G2分别是一维高斯噪声;
从第n帧开始,其中n≥2,根据公式(3),获得M个粒子在对应的运动补偿参数上新的取值;
(3)然后对每个粒子进行观测,观察每个粒子所代表的可能状态和真实状态之间的相似程度,接近真实状态的粒子赋予较大的权值,反之权值较小;
(4)当前帧即第n帧所期望的运动补偿参数可以用每个粒子的加权和来表示;
(5)对粒子进行重新采样,复制权重较大的粒子,剔除权重较小的粒子,做法如下:定义两个阈值ε1和ε2,其中ε1>ε2,ε1和ε2分别表示粒子权值的大小范围,当某个粒子的权值小于阈值ε2时,需要在权值大于ε1的粒子中任意选择一个进行替换,并给该粒子赋予1/M的初始权重;对所有权值小于阈值ε2的粒子都进行替换后,对M个粒子的权重进行归一化,作为第n帧的最终粒子信息;
计算完第n帧的运动补偿参数(Δxn,Δyn)和粒子信息后,然后转到步骤(2),开始计算第n+1帧的运动补偿参数(Δxn+1,Δyn+1)和粒子信息;这样从第2帧开始,每一帧都通过步骤(2)-步骤(5)计算出对应的运动补偿参数{(Δxn,Δyn)|n=2,…,N};
最后根据每一帧的运动补偿参数对视频图像进行稳定,以第n帧为例,通过累加获得第n帧相对于第1帧的运动补偿:
根据 对第n帧图像进行平移,获得稳定视频序列图像。
2.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的视频稳定方法,其特征在于,步骤(1)中,选取粒子数量M=100。
3.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的视频稳定方法,其特征在于,步骤(1)中,公式(2)中的b取值为30。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于粒子滤波的视频稳定方法,其特征在于,步骤(3)中,任取M个粒子中的一粒子 其相似似程度和权重的获得方法如下:a.从第n-1帧图像里面随机选择5幅大小为50×50的子图像{Hi(x,y)|i=1,2,…5},从这5幅子图像中间选取一幅梯度信息最大的子图像;其中梯度信息的计算方法如下:
其中 是卷积运
算,TH是二值化的阈值;
{θi(x,y)|i=1,2,…,5}是一个二值化图像,其中非零像素代表梯度信息,因此在这5幅子图像中选择非零像素数量最多的那幅,假定为θi0(x,y),那么其所对应的Hi0(x,y)就是梯度信息最大的子图像;
b.根据当前的粒子 计算第n-1帧的子图像Hi0(x,y)在第n帧对应的子图像,这里记为Hi′0(x,y);
根据公式(1),分别将子图像Hi0(x,y)在第n-1帧图像上四个顶点坐标平移就可以得到其在第n帧图像上的四个顶点的坐标位置,也即得到对应的子图像Hi′0(x,y);
c.通过直方图计算Hi0(x,y)和Hi′0(x,y)的相似度;
将空间划分成32份,分别计算Hi0(x,y)和Hi′0(x,y)的直方图,记为HistA和HistB;
HistA和HistB均为长度为32的一维的向量,然后采用欧式距离计算两者的相似度:
d.根据相似度计算观察概率密度 其中δ是个常数;
e.更新当前粒子的权重:
对于100个粒子都进行步骤a至e的操作,计算出新的权重,然后再进行归一化得到最终权重
5.根据权利要求4所述的基于粒子滤波的视频稳定方法,其特征在于,步骤(4)中,当前帧即第n帧所期望的运动补偿参数用每个粒子的加权和来表示,如下: