МЕТОД ПОШУКУ ВЕКТОРІВ РУХУ З ОБЛІКОМ АПРІОРНОЇ ОЦІНКИ ЇХ ДОСВІДНОСТІ І ЗНАЧИМОСТІ, ЗМІННИМ

Антонов К.В.

Студент, Санкт-Петербурзький державний університет аерокосмічного приладобудування

МЕТОД ПОШУКУ ВЕКТОРІВ РУХУ З ОБЛІКОМ АПРІОРНОЇ ОЦІНКИ ЇХ ДОСВІДНОСТІ І ЗНАЧИМОСТІ, ЗМІННИМ БЛОКІВ ПОШУКУ У ТВ-СИСТЕМІ

Аннотація

У статті розглянуто – сферу застосування векторів руху, апріорну оцінку значущості та достовірності вектора руху, наведено алгоритм методу пошуку векторів руху та запропоновано сферу застосування даного методу пошуку.

Ключові слова: апріорна оцінка достовірності, метод пошуку векторів руху на ТБ-системі, апріорна оцінка значущості.

Antonov K.V.

The student, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

METHOD MOTION VECTOR SEARCH WITH PRIOR ASSESSMENT OF THEIR RELIABILITY AND RELEVANCE, THE VARIABLE SEARCH UNIT IN TV SYSTEM

Abstract

У літературі введення скопіювання векторів, а приорі вимірюють значення і надійність руху вектора, algoritm з пошуку методу дії векторів і підтримують скопію цього методу пошуку.

Keywords : a priori assessment of reliability, пошук методу motion vectors в TV system, the priori assessment of the significance.

Досі немає універсального методу пошуку векторів руху в ТБ-системі, які б забезпечували високу точність при мінімальних витратах обчислювальних ресурсів.

Для знаходження векторів руху окремої точки користуються рівнянням оптичного потоку, яке передбачає припущення про сталість яскравості точкищо рухається заданою траєкторією.

де ∇L вектор – градієнт, V– вектор швидкості оптичного потоку, – збільшення яскравості.

Для повної оцінки векторів оптичного потоку необхідно ввести умову близькості швидкостей сусідніх пікселів, так як рівняння оптичного потоку недовизначено.

Спочатку зображення розбивають на блоки MxN пікселів, M і N найчастіше рівні один одному і область пошуку виходить квадратною.

– для кожного блоку кадру знаходять область пошуку розміром (2d+M+1)x(2d+N+1) пікселів, де d – максимальне зміщення у вертикальному та горизонтальному напрямках.

Вважається, що всі пікселі в блоці мають однакове переміщення і їм приписується той самий вектор руху. Вектори руху знаходять шляхом мінімізації цільової функції, що характеризує кореляційні властивості один щодо одного двох блоків, на безлічі різних положень блоку, що обробляється в області пошуку.

Цільова функція, яка використовують при кореляції двох сусідніх кадрів:

Середня абсолютна різниця(MAD):

де Lc – яскравості пікселів у поточному кадрі, Lp – яскравості пікселів у попередньому кадрі, (Vx, Vy) – одне із можливих векторів руху, N – розмір блока.[1]

Підвищення ефективності застосування векторів руху в ПТС може бути досягнуто заміною двокомпонентного вектора руху – трикомпонентним (v x kl, v y kl, p a kl) T , де pkl – ймовірність коректного визначення вектора руху (оцінка достовірності): v x kl, v y kl – складові за напрямками x та y вектори руху для блоку з номерами k– по горизонталі та l- по вертикалі.

Основою визначення апріорної оцінки достовірності є функція достовірності – залежність вірного визначення вектора руху відрівня детальності у блоці.

Для опису функціональної залежності між властивостями зображення у блоці та ймовірністю коректного визначення вектора руху вводиться модифікована оцінка рівня детальності.

Апріорна оцінка достовірності знаходиться за формулою (5), де Dm(k,l) виходить з виразу (4).

де - параметр моделі.

Отримана функція достовірності дає можливість замінити двокомпонентні вектори руху на трикомпонентні: ( x kl, x kl, pkl) T , де pkl розраховується згідно з виразом (5). [4]

Апріорна оцінка достовірності забезпечує виняток із розгляду блоків, у яких вірогідність правильного знаходження вектора руху є низькою. Рівень достовірності знайденого вектора досягає 0.95, якщо блок Dm(k,l)≥1.8. Виняток інших блоків різко знижує обчислювальну ємність завдання.

Нехай компоненти яскравості вектора-градієнта L відмінні від нуля, а права частина рівняння оптичного потоку = -Lt дорівнює нулю:

У цьому випадку вектор руху V також дорівнює нулю. Існування ненульового вектора руху можливе лише за умови відхилення від нуля похідної яскравості за часом.

Визначення векторів руху для всіх блоків у кадрі є надмірним. Якщо зоні пошуку кадру t немає значних змін яскравості щодо кадру t-1, то з великою ймовірністю блок має вектор руху рівний нулю. Шукати вектори руху доцільно лише у тих блоках, де відбулися будь-які зміни яскравості. Модифікована оцінка цих змін може бути отримана на основі міжкадрової модуля різниці за формулою (6).

де z – число активних рядків у кадрі, b – число елементів за рядком L(x,y,t) – яскравість пікселя у поточному t та попередньому t-1 кадрах, x, y – координатипікселя.

За результатами експериментальних досліджень отримано функцію апріорної оцінки значущості вектора руху на основі модифікованої оцінки міжкадрової різниці.

де λ – параметр його конкретного значення визначено умовами функціонування прикладної телевізійної системи, MAD 2 m – нормована функція міжкадрової різниці (8).

Нормована величина міжкадрової різниці:

У загальному випадку, функція значущості (7) дозволяє виділити блоки зображення, в яких висока можливість знайти ненульовий вектор руху. Функція достовірності (5) – блоки, які мають ймовірність коректного визначення вектора руху. Для одночасного зниження впливу аномальних векторів та зменшення обчислювальної ємності доцільно шукати вектори руху з високим рівнем достовірності та значущості.[4]

метод

Мал. 1 – Алгоритм запропонованого методу

Представлений алгоритм (рисунок 1) є досить складною структурою, що включає апріорну оцінку достовірності і значущості в поєднанні зі змінним блоком пошуку векторів руху. Апріорна оцінка достовірності зменшує кількість аномальних векторів руху. Апріорна оцінка значущості дозволяє прибрати з обробки блоки, в яких рух не спостерігається, та присвоїти їм нульове значення. Розбиття на блоки змінного розміру в даному методі дозволяє знайти вектор руху для об'єктів малого та великого розміру.

Література

  1. Гонсалес Р. Цифрова обробка зображень: пров. з англ. / Р. Гонсалес, Р. Вудс - 3-тє вид. випр. та дод. - М.: Техносфера, 2012. - 1104 с.
  2. Обробка зображень у прикладних телевізійних системах / О. С. Астратов, О. С. Афанасенко, Л. Д. Вілесов [та ін]; за ред. проф. Б. С. Тимофєєва. - СПб.:ГУАП, 2012. - 272 с.
  3. Обухова Н. А. Основи теорії та практика цифрової обробки: методичні вказівки до практичних робіт / Н. А. Обухова, Б. С. Тимофєєв - СПб.: ГУАП, 2012.
  4. Річардсон Я. Відеокодування. H.264 та MPEG-4 – стандарти нового покоління: пров. з англ. / Ян Річардсон - М.: Техносфера, 2005. - 368 с.

References

  1. Гонсалес Р. Цифрова обробка зображень: пір. s angl. / R. Gonsales, R. Vuds - 3-е izd. ispr. i dop. - M.: Tekhnosfera, 2012. - 1104 s.
  2. Обробка зображень в прихідних телевізійних системах / О.С. pod red. prof. B. S. Timofeeva. - SPb.: GUAP, 2012. - 272 s.
  3. Obuhova N. A. Osnovy teorii i praktika cifrovej obrábotki: metodicheskie ukazaniya k prakticheskim rabotam / N. A. Obuhova, B. S. Timofeev - SPb.: GUAP, 2012.
  4. Richardson JA. Videokodirovanie. H.264 і MPEG-4 - стандарти нового поколення: пери. s angl. / YAn Richardson - M.: Tekhnosfera, 2005. - 368 s.