[发明专利]一种视频运动放大方法

摘要

一种视频运动放大方法，属于图像处理方法，解决现有基于线性欧拉视频运动放大方法存在的增加放大因子会显著增大噪声的问题和基于复数可操作金字塔的视频运动放大方法运动失真等问题。本发明包括视频图像分解、视频帧色彩空间转换、N层金字塔分解、时域带通滤波、第二空间频率带组放大、得到第四空间频率带组、重构亮度矩阵、视频帧色彩空间还原、输出视频图像步骤；本发明解决了现有基于线性欧拉视频运动放大方法存在的增加放大因子会显著增大噪声的问题和现有基于复数可操作金字塔的视频运动放大方法运动失真等问题，适用于将微小的时空运动放大。

主权项

1.一种视频运动放大方法，包括视频图像分解步骤、视频帧色彩空间转换步骤、N层金字塔分解步骤、时域带通滤波步骤、第二空间频率带组放大步骤、得到第四空间频率带组步骤、重构亮度矩阵步骤、视频帧色彩空间还原步骤、输出视频图像步骤，其特征在于：(1)视频图像分解步骤：录制运动主体在空间微小运动的RGB色彩空间视频图像，再根据时间先后将RGB色彩空间视频图像分解为一帧一帧的RGB色彩空间视频帧，读取所有的RGB色彩空间视频帧；(2)视频帧色彩空间转换步骤：将每一RGB色彩空间视频帧用R矩阵、G矩阵、B矩阵三个二维矩阵表示，R矩阵表示像素点红颜色强度，G矩阵表示像素点绿色强度，B矩阵表示像素点蓝色强度；通过下式对R矩阵、G矩阵和B矩阵进行矩阵运算，得到YIQ色彩空间视频帧的Y矩阵、I矩阵和Q矩阵三个二维矩阵：Y＝0.299R+0.587G+0.114B，I＝0.596R‑0.275G‑0.321B，Q＝0.212R‑0.523G+0.311B；其中，Y矩阵表示YIQ色彩空间视频帧各像素的亮度值，I矩阵表示YIQ色彩空间视频帧各像素从橙色到青色的颜色强度，Q矩阵表示表示YIQ色彩空间视频帧各像素从紫色到黄绿色的颜色强度；(3)N层金字塔分解步骤：对各YIQ色彩空间视频帧中的Y矩阵，采用小波分解算法将其分解为四个矩阵：第1近似系数矩阵cA1、第1水平细节矩阵cH1、第1垂直细节矩阵cV1和第1对角细节矩阵cD1；此过程为第一层金字塔分解，cH1、cV1和cD1构成金字塔第一层；再采用小波分解算法对第1近似系数矩阵cA1进行分解，将其分解为第2近似系数矩阵cA2、第2水平细节矩阵cH2、第2垂直细节矩阵cV2和第2对角细节矩阵cD2；此过程为第二层金字塔分解，cH2、cV2和cD2构成金字塔第二层；如此依次进行N次分解，最后得到第N近似系数矩阵cAN、第N水平细节矩阵cHN、第N垂直细节矩阵cVN和第N对角细节矩阵cDN；cAN、cHN、cVN和cDN构成金字塔第N层；N≥3，图片尺寸越大，N值越大，反之则N值越小；对所有YIQ色彩空间视频帧进行N次金字塔分解后，由各帧YIQ色彩空间视频帧的第n水平细节矩阵cHn组成尺度为n的水平细节空间频率带，由各帧YIQ色彩空间视频帧的第n垂直细节矩阵cVn组成尺度为n的垂直细节空间频率带，由各帧YIQ色彩空间视频帧的第n对角细节矩阵cDn组成尺度为n的对角细节空间频率带；其中n称为尺度，表示不同金字塔层，n＝1、2、…、N；由各帧YIQ色彩空间视频帧的第N近似系数矩阵cAN组成近似系数空间频率带；上述各空间频率带构成第一空间频率带组；(4)时域带通滤波步骤：采用第一低通IIR数字滤波器对构成第一空间频率带组的各空间频率带分别进行时域滤波，滤波后得到的各空间频率带构成第一临时空间频率带组；采用第二低通IIR数字滤波器对构成第一空间频率带组的各空间频率带分别进行时域滤波，滤波后得到的各空间频率带构成第二临时空间频率带组；将第一临时空间频率带组中各空间频率带与第二临时空间频率带组中对应的各空间频率带相减，所得到的各空间频率带共同构成第二空间频率带组；第一低通IIR数字滤波器和第二低通IIR数字滤波器的截止频率分别为f1和f2，0式中，Wn和Hn分别为金字塔第n层的宽与高，单位为像素；(5.2)计算位移函数δ(t)：式中，λc为空间临界波长，取值为16～20像素；(5.3)计算金字塔每一层的最大放大倍数α(n)max：