基于块匹配的序列图像运动估计算法研究

摘要

序列图像的运动估计作为视频处理和计算机视觉的关键技术，已在社会生产生活的各个方面显示出越来越不可忽视的地位和作用，尤其在工业、商业、国防、医学、网络技术等领域，具有广泛的应用价值。近年来，块匹配(Block-Matching)技术由于计算复杂度低及压缩效率高等特点，被许多视频编码标准(如ISO-MPEG以及ITU-T H.26X)所采用，在理论研究和实践应用中得到了不断的发展和完善，成为数字视频技术的一个研究热点。 本文在深入分析、全面总结当前块匹配技术研究的基础上，针对序列图像的块匹配准则和运动矢量的相关性性进行了深入的研究，提出了一种约束条件求和绝对误差匹配准则、一种基于运动相关性的初始搜索点的预测方法和一种基于图像内容的实时自适应块匹配运动估计算法。试验结果充分表明，在提高精度、降低计算复杂度等方面，新方法有着明显的优越性。 论文充分回顾了几种经典的运动估计方法，其中基于块的匹配算法，方法简单，且估计效果较好，具有满足系统实时计算的潜力。在理解块匹配问题本质的基础上，系统地归纳总结了目前国内外现有的块匹配准则和块匹配算法。根据不同搜索算法所采用的搜索模板与搜索策略，分析了它们的适用范围及优缺点。 在运动估计块匹配准则方面，本文对目前所常用的SAD准则进行了详细的分析，得出了其存在的缺陷和不足。在此基础上提出了一种新的高效匹配准则——约束条件求和绝对误差匹配准则RCSAD，并在算法计算复杂度、解的精确度方面进行了比较，实验结果验证了新方法的正确性和有效性。 针对现有的基于SAD值的起点预测方法运算量大的缺点，通过研究相邻块之间和相邻帧之间运动矢量的相关性，提出了一种运基于运动矢量相关性的初始搜索点的预测方法。该方法有效地增大了初始搜索点接近真实匹配点的概率。 针对现有搜索模板与搜索策略对不同运动块进行估计时所造成的运算冗余，本文提出了一种基于图像内容的实时自适应块匹配运动估计算法FMEABC，该算法不仅能够自适应的预测初始搜索点，并且基于图像内容采用不同的菱形搜索模式，同时采用了高效的提前截止准则。实验结果表明，在保持图像质量基本不变的前提下，该文算法的搜索速度是MPEG-4标准中的快速运动估计算法的两倍左右，本文提出的算法在搜索速度和搜索效果两方面具有很大的优势，更适合实时应用。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

摘 要

英文缩略词

第一章绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2运动估计的研究现状及应用领域

1.3基于块匹配的运动估计技术及其最新研究动向

1.4本文的主要研究工作和创新

第二章运动估计算法的研究

2.1二维运动场模型

2.1.1参数模型

2.1.2非参数模型

2.2光流法

2.3相位相关法

2.4像素递归法

2.5块匹配法原理

2.6块匹配准则

2.7基于块匹配的快速搜索算法

2.8块匹配算法的分析

第三章约束条件求和绝对误差匹配准则

3.1 SAD准则的分析

3.2约束条件求和绝对误差匹配准则

3.2.1 SAD块匹配准则的优化

3.2.2最佳匹配判决方法

3.3从统计估值的观点分析RCSAD算法的性能

3.3.1 RCSAD与SAD的性能比较

3.3.2 RCSAD与MSE的性能比较

3.4从信息论的观点分析RCSAD算法的估值精度

3.5实验结果与分析

第四章基于运动相关性的初始搜索点的预测方法

4.1初始搜索点预测的基本思想

4.2初始搜索点的预测方法

4.3相邻分块的运动矢量的相关性的研究

4.4利用相关性自适应的预测初始搜索点

4.5实验结果与分析

第五章基于图像内容的实时自适应块匹配运动估计算法

5.1传统块匹配算法分析

5.2基于图像内容的实时自适应块匹配运动估计算法

5.2.1运动分类

5.2.2初始搜索点的动态调整以及所采用的提前阈值截止技术

5.2.3菱形搜索模式的选择和搜索中所采用的提前截止准则

5.2.4算法描述

5.3实验结果与分析

第六章总结与展望

6.1论文工作总结

6.2研究方向展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文