[发明专利]一种基于几何插值的高效视频稳定方法

权利要求书

1.一种基于几何插值的高效视频稳定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、计算最优平滑路径

对于抖动视频，计算一条最优平滑路径，路径上的每一帧都视为稳定帧，无需进行去抖操作，而除此之外的所有帧都视为抖动帧；

步骤二、在步骤一的基础上进行视频分段运动估计

令最优平滑路径上的帧为关键平滑帧，然后以其为界将视频的所有帧在时间尺度上划分为若干个分段；对于每一个视频分段的帧序列表示为F_s，F₁，F₂，…，F_t，F_e，其中F_s和F_e是路径上相邻的关键平滑帧，构造出若干条特征点轨迹，表示如下：

其中，p_ij，这里i和j点的索引，i的取值为s,1,2,…,t,e，j的取值为1,2,…,n”，n表示轨迹条数，t表示两关键帧之间帧的数量，s和e分别表示相邻两关键平滑帧序号；

步骤三、在运动估计基础上计算抖动帧的运动补偿

对于抖动帧，使用线性插值方法分别计算几何平移量和几何旋转量的运动补偿；

3.1计算几何平移量的运动补偿

令表示帧F_s至帧F_e图像序列中相应帧在步骤二所述轨迹上所有特征点坐标的平均值，即

其中，i＝s,1,…,t,e；则对帧F_i，i表示帧的索引，取值为1，2，…，t；

其平移量补偿为

对应矩阵形式为：

3.2计算几何旋转量的运动补偿

对于帧F_i(i＝1，2，…，t)，其旋转角度补偿为

其中，θ_is为帧F_i至帧F_s的旋转角度，θ_se为帧F_s至帧F_e的旋转角度；

旋转中心为

据此可计算出旋转矩阵

旋转矩阵M_rotatei是指对原始帧进行补偿时候所做的旋转；而R是指原始两帧之间的旋转矩阵；

指定旋转角度和旋转中心centeri＝(centerix,centeriy)后，直接得到如下旋转矩阵：

在计算两帧之间的旋转角度时，需要计算出其二维旋转矩阵R；首先根据两帧之间的特征点序列求出仿射矩阵A；这里特征点使用标准化后坐标，即特征点坐标减去其对应帧的平均特征点坐标”；然后对A进行SVD分解如下：

A＝U∑V^T

则二维旋转矩阵R：

R＝UV^T

又因为二维旋转矩阵具有如下形式，θ为旋转角度：

据此通过反正弦函数可得到两帧之间的旋转角度θ；

3.3根据3.1和3.2计算出的平移运动补偿和旋转运动补偿计算出最终的图像补偿变换矩阵

最终，对于帧F_i(i＝1，2，…，t)，其补偿变换为

步骤四、根据步骤三计算出的图像补偿变换矩阵对抖动图像进行变换生成稳定帧

对于抖动帧F_i(i＝1，2，…，t)，在计算出其补偿变换A_i之后，使用A_i对图像进行变换，生成稳定的图像帧；对视频中的全部抖动帧据此处理后就生成一个稳定的视频。

2.根据权利要求1所述的一种基于几何插值的高效视频稳定方法，其特征在于：所述步骤二中运动估计方法采用KLT算法进行特征点检测和跟踪。

3.根据权利要求1所述的一种基于几何插值的高效视频稳定方法，其特征在于：通过线性插值对所述步骤三中的几何平移量和几何旋转量进行计算。