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《吉林大学》 2004年
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视频图像运动特征的分析与提取

江华俊  
【摘要】:基于内容的视频数据检索,是继基于内容的图像检索之后发展起来的一 个新兴研究方向,它为人们检索具有相似内容的视频数据提供了新的手段, 而视频数据区别于其它媒体的一个重要特征是它包含有丰富的运动信息,利 用这些运动信息来为视频检索服务,对提高视频检索系统的检索性能具有重 要的意义。本文着重从解决运动信息提取和表示入手,提出了一套用于基于 内容视频检索的运动特征提取方案,作为吉林省科技发展计划项目《面向对 象的多媒体数据库在政府政务信息处理中的应用》的一个组成部分。 本文主要研究成果总结如下: 1. 本文将运动信息分为全局运动和局部运动两类。对于全局运动先用块 匹配法求取每个宏块的运动矢量观测值,然后用这些观测值估计全局运动模 型参数;对于局部运动,采用 Horn-Schunck 光流分析方法计算稠密光流场。 主要步骤如下: (1) 将当前帧与前一帧作块匹配计算,求出运动矢量估计值。 (2) 对运动矢量估计值进行坏值剔除,得到全局运动矢量观测值。 (3) 建立全局运动模型(本文采用双线性模型),并使用全局运动矢量观测 值对模型参数进行估计。 (4) 使用全局运动模型恢复全局运动矢量场。 (5) 对于恢复的全局运动矢量场与块匹配得到的运动矢量场进行比较, 找出差异较大的区域作为局部运动区域。 (6) 使用光流法对局部运动区域求取稠密运动矢量场。 2. 在块匹配算法实现过程中,本文通过分析视频数据的特点和现存的各 种算法存在的问题,提出了自适应的块匹配快速搜索算法,它以视频运动的 时空相关性为基础,采用以下改进措施: (1) 对初始搜索点进行预测 视频图像中空间相邻块与时间相邻块的运动矢量有很强的相关性,在大 小与方向上是很相似的,这意味着可以用邻近块的运动矢量来预测当前块的 运动矢量。选择一个反映当前块运动趋势的预测点作为初始搜索点,这个预 测点比(0,0)点更靠近全局最小点,使得基于中心倾向的块匹配算法的搜索速 - I - WP=77 摘 要 度更快和准确性更好。本文选取(0,0)矢量MV0、与当前块相邻的左方、上方、 右上方运动矢量MV1、MV2、MV3、前一帧(t-1 时刻)的对应块运动矢量MVt-1, 定义了一个候选集A。搜索的第一步就是从A中挑选一个最佳候选点当作预测 点,再以该点为搜索中心进行后续的搜索。 (2) 根据运动类型选择合适的搜索模板 在各种搜索模板中,菱形确有其独特的优点。同 DS 算法一样,本文也 采用大小两种菱形搜索模板 LDSP 和 SDSP,其中 LDSP 用于在大范围内进 行快速定位,SDSP 用于在小范围内的微调。与 DS 算法不同的是,本文考虑 让 SDSP 也能像 LDSP 一样移动,并根据当前块的运动等级来选择最初的大 小模板,运动等级通过预测点的运动矢量估计得到。 (3) 制定有效的搜索终止准则 本文通过考察时间和空间相邻块的SAD的分布,发现虽然空间相邻块的 SAD的分布在数值上没有很明确的相关性,但当前块的SAD与前一帧同一位 置块的SAD间存在着一种数值上的相关关系,为此,本文算法采用以参考帧 同一位置块的SAD乘以某个系数作为搜索终止判别准则的阈值。这种方法不 受视频运动类型的影响,具有较强的自适应性,能准确确定恰当的阈值使搜 索过程适时终止。为加快搜索过程本文算法采用了二级终止准则:若SAD T1 表明搜索结果已经足够精确,可立即终止搜索过程;若T1≤ SAD T2表明搜 索结果尚可,只需在小范围进行微调于是将搜索模板从LDSP转为SDSP。 实验表明该算法在大大提高搜索速度的同时能够获得几乎与全搜索算法 相同的 PSNR。 3. 在用块匹配得到的运动矢量场对全局运动模型参数估计时,由于与摄 像机运动不符的前景物体运动的影响及块匹配在低纹理区域出现的随机错 误,所求得的运动矢量观测值可能存在较多的异常数据,而异常数据对于最 小二乘估计的影响较大,因此在进行模型参数估计前必须先剔除异常数据。 我们采取以下措施来剔除异常数据: (1) 剔除宏块 SAD 太大的数据 SAD 越大说明匹配程度越低,那么与此对应得运动矢量估计值的可靠性 越低,因此我们定义了一个阈值,当某个运动矢量估计值对应的 SAD 大于该 阈值时,即认为该估计值不可靠,应该剔除该数据。 - II - WP=78 吉林大学硕士学位论文 (2) 剔除宏块纹理太低的数据 对于图像低纹理区域块匹配将出现随机错误,而对应的 SAD 可能并不 大,甚至较小,此时第一种措施无法剔除此类异常数据,在此我们使用宏块 的灰度方差 来衡量纹理程度的大小,当σ 较小时,认为该块纹理不明显, σ 2 2 因此该块的运动矢量估计值不可靠,应该剔除。 (3) 迭代法剔除其它异常数据 对于与摄像机运动模型不符的前景物体运动的影响以及其它异常数据, 我们在最小二乘估计的基础上,加入迭代的异常数据剔除算法,即每次迭代 时先计算估计数据集合中的运动矢量与前次估计得到的全局运动模型恢复出 的矢量的误差E ,然后以平均误差Eavg 为阈值剔除那些误差E Eavg 的数据, 该算法对于场景中有较多的运动物体时也有较好的适应性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN919.8

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 田玉敏;万波;董文涛;;MPEG-4视频中运动背景下的目标检测算法[J];光学学报;2009年05期
2 董文涛;杜鹏;田玉敏;;利用MPEG-4视频流的运动目标检测算法[J];西安交通大学学报;2008年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 马楠;基于运动序列图像的运动目标检测研究[D];河北科技大学;2010年
2 潘晖;基于MPEG-4的运动目标检测技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
3 田京雷;融合深度信息的运动人体图像分割研究[D];大连海事大学;2006年
4 于虹;基于视频图像的人体运动识别与跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 董宝鸳;基于MPEG-4的运动目标检测技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
6 李乃安;视频序列中运动目标检测与跟踪技术研究[D];桂林电子科技大学;2008年
7 董文涛;基于MPEG-4视频流的运动目标检测算法[D];西安电子科技大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 俞天力,章毓晋;基于全局运动信息的视频检索技术[J];电子学报;2001年S1期
2 孙辉,赵红颖,熊经武,金宏;基于光流模型的图像运动估计方法[J];光学精密工程;2002年05期
3 俞天力,章毓晋;一种基于局部运动特征的视频检索方法[J];清华大学学报(自然科学版);2002年07期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 张亮,苏宏江,赵耀;基于MPEG-7和消隐镜头检测的视频检索系统[J];北京交通大学学报;2005年05期
3 李雪韬;管群;;五叉树图像分解算法改进研究[J];兵工自动化;2008年12期
4 郭忠伟;张少兵;钱晓进;黄秋波;;一种基于关键帧的战场视频目标挖掘方法[J];兵工自动化;2010年10期
5 李召;张靖;崔占忠;;捷联电视制导反坦克导弹掠飞制导系统设计方法[J];兵工学报;2009年06期
6 杨有山,张秀丽;基于内容的视频信息检索[J];北京广播学院学报(自然科学版);2004年04期
7 吕四化,史萍,王惠明;小波变换模极大值法在图像边缘检测中的应用[J];北京广播学院学报(自然科学版);2005年01期
8 王惠明;史萍;;图像纹理特征的提取方法[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2006年01期
9 侯冠华;史萍;;视频分割与场景聚类算法研究[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2006年02期
10 吕鹤;史萍;;基于内容的体育类视频自动分类系统[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 忻琦;;基于RS的农作物生长状态特征选取及图像搜索算法研究[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
2 邓金杰;肖诗斌;吕学强;程涛;;基于多特征融合的图像检索研究[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
3 郭健;陈孝威;;一种基于内容的WWW图像搜索引擎系统模型[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
4 徐忠强;;电视新闻节目基于内容的视频检索技术及其实现[A];2009中国电影电视技术学会影视技术文集[C];2010年
5 任绍美;都云程;王涛;吕学强;;基于均值漂移的自适应视频场景分割[A];2011年全国电子信息技术与应用学术会议论文集[C];2011年
6 顾家玉;覃团发;;一种基于宏块类型和运动向量的关键帧提取方法[A];2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2009年
7 张铁林;李周贤;王纯;贾克斌;;视频信息结构化处理与应用系统建立[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
8 刘丽丽;吕凝;郭锋;;基于肤色和模板匹配的新闻图像人脸检测[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
9 黄波士;陈福民;史丰;颜焱;;视频内容结构化技术在视频编目系统中的应用[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
10 朱丹红;张文德;;综合目标区域纹理和SVM相关反馈的图像检索方法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
2 许相莉;基于智能计算的图像检索算法研究[D];吉林大学;2011年
3 李波;基于图像分析的车辆识别与跟踪若干关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
4 徐红梅;民族服饰文化传承中的图像记录研究[D];西南大学;2011年
5 高赞;基于内容的视频分析关键技术[D];北京邮电大学;2011年
6 张跃飞;车载摄像机数字稳像技术研究[D];电子科技大学;2011年
7 侯叶;基于图论的图像分割技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 王振;数字视频中文本的提取方法研究[D];中国海洋大学;2011年
9 胡媛媛;基于视觉模型的图像感知哈希算法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 蒋鹏;基于语义的视频内容提取与分析关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周雪梅;基于颜色和形状特征的图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 管泽鑫;基于图像的水稻病害识别方法的研究[D];浙江理工大学;2010年
4 王颖芳;基于特定内容的敏感图像过滤技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 覃春花;图象稳定技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 董小丽;基于索引相关和聚类的图像特征提取算法研究[D];大连理工大学;2010年
7 尉凯;单幅图像运动去模糊和视频序列稳像技术研究[D];大连理工大学;2010年
8 陈丽丽;道路病害视频检索与识别系统的设计[D];大连理工大学;2010年
9 袁鹏;无角毛有害赤潮藻显微图像自动识别系统[D];中国海洋大学;2010年
10 王水;基于视觉注意模型的图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴小平,贾云得,刘玉树,李科杰;一种实用的嵌入式DSP视觉跟踪器设计[J];北京理工大学学报;2000年06期
2 何剑光,黄敏,徐中佑,张砚臣;一种基于肤色和边缘信息的人脸检测[J];电子工程师;2004年09期
3 张虎 ,李自田;CCD测量系统中基于自适应相关算法的动态目标跟踪[J];电子技术应用;2002年08期
4 隋婧,金伟其;双目立体视觉技术的实现及其进展[J];电子技术应用;2004年10期
5 俞天力,章毓晋;基于全局运动信息的视频检索技术[J];电子学报;2001年S1期
6 李宏亮,刘贵忠,李永利,张忠伟;基于MPEG压缩域的快速、鲁棒的全局运动信息提取方法[J];电子学报;2004年01期
7 刘龙,韩崇昭,刘洁瑜,王占辉;局部运动场景中运动对象的压缩域分割算法[J];电子与信息学报;2005年08期
8 赵春江,施文康,邓勇;新的梯度边缘检测方法[J];光电工程;2005年04期
9 任臣;张覃平;;基于Kalman滤波理论的运动目标检测新方法[J];光电工程;2007年04期
10 查成东;王长松;巩宪锋;周家新;;基于自适应背景模型的运动目标检测[J];光电工程;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 曾吉勇;折反射全景立体成像[D];四川大学;2003年
2 明英;基于Cauchy分布的语义视频运动目标的检测与跟踪[D];武汉大学;2004年
3 陈坚;视频运动对象分割及码率分配与控制技术研究[D];电子科技大学;2003年
4 张鹏林;复杂场景视频序列图像运动物体提取方法研究[D];武汉大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐瑞鑫;复杂背景下实时目标跟踪与识别研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
2 杨洪丰;视频序列中运动目标的实时分割与跟踪[D];西安理工大学;2003年
3 罗玲;面向MPEG-4的视频对象分割算法研究[D];电子科技大学;2003年
4 段新涛;基于肤色和图像似然度的人脸检测[D];上海师范大学;2004年
5 顾广华;面向MPEG-4的视频对象分割与跟踪算法研究[D];燕山大学;2004年
6 杨文凯;序列图像中运动目标的检测[D];西北工业大学;2004年
7 于希娟;双目立体视觉技术的理论研究与程序实现[D];华北电力大学(北京);2004年
8 杨小铃;基于肤色和模板匹配的人脸检测[D];天津大学;2004年
9 王津生;运动图像序列中人体关节点的提取与跟踪[D];河北工业大学;2004年
10 王宾;视频序列中运动目标检测与跟踪有关问题的研究[D];西北大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 沈峘;李舜酩;柏方超;缪小冬;李芳培;;路面车辆实时检测与跟踪的视觉方法[J];光学学报;2010年04期
2 丁莹;钱锋;范静涛;姜会林;;基于不同颜色空间的运动目标检测算法分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2012年04期
3 陈明生;梁光明;孙即祥;刘东华;赵键;;复杂背景下H.264压缩域运动目标检测算法[J];通信学报;2011年03期
4 刘侍刚;彭亚丽;韩崇昭;王英华;;3维子空间约束的遮挡点恢复方法[J];西安交通大学学报;2009年04期
5 侯兴松;江桂凤;吉荣晶;史乘龙;;一种方向提升小波变换和网格编码量化的图像编码算法[J];西安交通大学学报;2010年02期
6 刘晓仙;常义林;杨海涛;元辉;;任意视点电视系统中深度数据的自适应非均匀量化方法[J];西安交通大学学报;2010年02期
7 李宏伟;吴成柯;宋锐;;多扫描双向参考的快速帧内预测算法[J];西安交通大学学报;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 程淑红;动态图像目标跟踪算法研究[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱宗磊;基于Windows平台的双摄像头运动目标检测与跟踪系统[D];大连理工大学;2010年
2 潘晖;基于MPEG-4的运动目标检测技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
3 石娜;基于snake和水平集的图像分割方法的研究及应用[D];吉林大学;2011年
4 朱然;基于粒子滤波的行人跟踪与性能分析系统的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 王书玲;基于卡尔曼滤波的视频跟踪技术的研究及应用[D];河北工业大学;2011年
6 谭熊;基于光流分析的无人机视频运动目标检测与跟踪[D];解放军信息工程大学;2011年
7 袁霄;MeanShift算法在运动人体跟踪中的应用研究[D];浙江工业大学;2007年
8 陈薇薇;MPEG-2压缩域运动矢量的致密化及运动对象分割算法研究[D];湖南大学;2008年
9 李林;短跑运动图像人体关节点自动识别系统的研制与应用[D];河北师范大学;2008年
10 吴黛娜;基于方向信息的微胶囊显微图像的分割算法研究[D];大连海事大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 朱兴全;鲁翔;薛向阳;吴立德;;一个基于运动的视频检索系统[J];模式识别与人工智能;2000年02期
2 祁卫,钟玉琢;一种用于图象帧间主运动估计的快速线搜索方法[J];小型微型计算机系统;2000年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田捷;张新访;宋翊灵;程明;;手持设备上可变运动矢量的多媒体版权方案[J];计算机应用;2007年07期
2 朱德庆;金文光;;基于运动矢量的鲁棒视频水印算法[J];浙江大学学报(理学版);2010年03期
3 胡东启;黄凯;冯炯;严晓浪;葛海通;;基于有效运动矢量识别的提前终止算法[J];计算机应用研究;2010年12期
4 全红艳;;利用特征向量聚类的流体运动矢量计算[J];计算机辅助设计与图形学学报;2013年02期
5 王兴国,刘济林,顾伟康;流场可视化中的运动矢量估计方法[J];电子学报;1999年02期
6 卢官明,毕厚杰,江平;求取真实运动矢量的一种算法[J];数据采集与处理;1999年03期
7 张宗平,刘贵忠;一个优化运动矢量码率分配的快速算法[J];计算机学报;2002年01期
8 陈熹;周军;;基于邻域运动一致性的运动矢量快速构建算法[J];信息技术;2007年02期
9 许志良;;基于加权的运动矢量恢复差错掩盖算法[J];深圳信息职业技术学院学报;2008年02期
10 刘鹏;;基于时域的运动矢量恢复错误隐藏算法[J];电脑知识与技术;2010年15期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 蒋建国;张乐;齐美彬;詹曙;;基于运动矢量集合的快速运动估计[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
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3 李奇;徐之海;冯华君;陈跃庭;;帧间旋转图像序列的运动矢量探测方法[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年
4 郭红星;程立;夏小建;周敬利;;一个用于双流视频编码的运动矢量重用算法[A];第三届和谐人机环境联合学术会议(HHME2007)论文集[C];2007年
5 杨伟彦;何晶;许信玉;;H.264解码器中运动矢量预测的硬件实现方案[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
6 柳葆劳;吕素忠;平西建;;应用运动矢量预测的自适应运动估计算法[A];中国图象图形科学技术新进展——第九届全国图象图形科技大会论文集[C];1998年
7 汪明月;李晓峰;;一种基于粗采样运动矢量的全局运动估计算法[A];2006中国西部青年通信学术会议论文集[C];2006年
8 陈力;白然施;;视频压缩中的运动矢量搜索算法的研究[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
9 刘少峰;张茹;杨义先;钮心忻;;基于运动矢量的视频多重水印算法的设计与实现[A];2006通信理论与技术新进展——第十一届全国青年通信学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 凌阳;视频后处理算法研究[D];上海交通大学;2008年
2 詹学峰;视频通信中的差错掩盖关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 江华俊;视频图像运动特征的分析与提取[D];吉林大学;2004年
2 吴珊;基于运动矢量的视频信息隐藏算法分析[D];天津大学;2008年
3 陈正华;基于运动矢量可靠性分析的视频全局运动估计算法研究[D];清华大学;2009年
4 张亮;基于运动矢量恢复的错误隐藏算法研究[D];太原理工大学;2011年
5 吕桂清;基于运动矢量统计的不良视频检测算法研究[D];兰州大学;2013年
6 窦方;基于运动矢量的视频来源取证算法[D];天津大学;2009年
7 秦陈刚;面向监视场景的斗殴行为检测技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 杨通;基于运动矢量恢复的时域错误隐藏算法的设计与实现[D];山东科技大学;2009年
9 刘艳民;基于运动特征的不良视频检测算法研究[D];兰州大学;2010年
10 刘彧;基于运动矢量的AVS数字视频水印算法[D];天津大学;2009年
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