基于轮廓特征的视频图像拼接毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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拼接部分本文采用映射的方法利用坐标关系对两幅图片进行拼接。
最后利用会声会影的图片转换视频功能完成视频拼接。
经过实验验证，本设计可以完成基于轮廓特征的视频图像拼接，拼接效果也比较好。
其中分解视频过程和拼接速度是本设计以后研究的方向。
关键词：
会声会影，MATLAB，canny算子，模板匹配，拼接
Basedonthecharacteristicsofvideomosaicsoutline
ABSTRACT
Videomosaicsvideopanoramaoftheformcanbeusedinthevideosurveillancenetworkconference,onlineshopping,etc,throughthenetworktransmissiontechnologyinnetworkreal-timetransmissionanddistalcustomersthroughthelandingsiteofthenetworkcanseetheactualsituation.Videomosaicsexpandedvision,especiallyinvideomonitoringwidth,videoimagesmosaicsmoreroadforavideoscreen,convenientmonitoringpersonnel.
InthispaperbasedonthecharacteristicsofthevideomosaicsoutlineusingvideoUleadVideoStudiosoftwarewillbedecomposedintothepicture,thenuseMATLABfordecompositionofimageMosaic,aftercompletionofUleadVideoStudioreuseafterhandlingpictureswillbeinreductiveintovideo.DuringtheprocessofdecompositionvideoUleadVideoStudiomainlyusingthepreservationofsingle-frameimage,intheimagemosaicsfunctionofimagepretreatmentprocessfirst,thisarticlefeaturesforkeepingtheadaptivepreprocessingedgesmoothfiltering.Secondly,thissteponfeatureextractionbasedoncontourextractionwascannyoperator,thenistheimageregistration,thestepsofthetemplatematchingmethodbasedonimageregistration.ByjoiningpartsofthemappingmethodofusingcoordinaterelationshipbetweentwoimageMosaic.Finally,usingtheUleadVideoStudiovideoconversionfunctioncompletepictureofvideomosaics.
Throughexperiment,thisdesigncanbecompletedbasedoncontourfeatureofvideoimagesmosaics,mosaicseffectisbetteralso.Videomosaicsofdecompositionandspeedisthedesignofresearchdirectionafter.
KEYWORDS:
UleadVideoStudio，Matlab,Canny，Templatematching，splice
第一章前言
1.1问题的提出
视频是一种时基媒体，不仅具有静态特征，还有动态特征。
静态特征主要是指代表帧的图像特征，包括颜色、纹理、形状等;
动态特征包括摄像机运动引起的变化和镜头内部对象的运动变化。
视频图像在信息表达中起着非常重要的作用，随着信息技术的发展，有关视频图像的研究和应用也迅速发展起来,如网络电视、可视电话、视频会议、虚拟现实等。
网络中的视频图像应用主要集中在两个方面，一个是以图像拼接为基础的虚拟全景技术，另一个是利用云台控制摄像头的网络视频监控技术，这两个方面目前都有很大的发展，而且在应用中均可收到很好的效果。
1．2本课题意义和作用
视频拼接的思路是将数字图像的拼接技术应用到视频图像的拼接当中，克服单个摄像头视频范围过小的特点，形成视野范围更大的视频图像。
数字图像的研究一直是热门课题，关于图像的拼接算法在国内及国外的刊物上都有论述，同时在游戏和虚拟全景技术中得到应用，也应用到其它领域。
然而，对于视频拼接问题和它的应用却很少引起人们的注意和研究。
在虚拟环境和地球资源定位系统等应用当中，常常要求对图像进行拼接，因此，图像拼接的研究得到了重视和发展。
根据图像的质量和要求的不同，出现了各种各样的拼接算法。
视频与图像是密切联系的，简单的来说，视频就是每秒若干帧（一般25帧图像）图像显示的效果。
由于眼睛的生理局限，人眼无法感受到比0.04秒更短的时间变化，当每帧的图像占用的时间小于0.04秒，就使人感觉如同看电影一样。
视频拼接的算法可借助于图像拼接的算法来研究，即可将数字图像的拼接方法应用到视频图像当中。
但是，由于视频具有实时性，同时视频质量的效果与摄像头有密切的关系，因此，将图像拼接的算法应用到视频拼接必须考虑这些问题。
视频拼接主要目的就是为了扩大视频的视野范围，改变一个摄像头视野狭小的局限。
当人们希望扩大视频的视野范围时，通常是利用带云台的摄像头，这样通过旋转云台改变摄像头的角度，就可以观察到四周各个方向的情况。
另外的一种方法就是采用视野范围大的广角摄像头，这样的摄像头相当于多个普通摄像头的视野范围。
但是视角范围大的摄像头获得的视频图像除了中心部分的图像外，四周边缘会发生不同程度的扭曲。
视野范围小的摄像头所获得的视频图像一般发生的变形很小，如果将若干个摄像头所采集视频图像拼接起来就能够形成视野范围广、视频效果好的视频图像。
拼接后的视频能够应用于许多方面。
在图像处理的发展过程中，数学始终起着举足轻重的作用，并渗透到图像处理的所有分支之中。
自上世纪八十年代开始，非线性科学开始逐渐渗透到图像处理方法之中，许多新颖的数学工具被引入到图像处理领域，使相关的理论变得多元化。
同时，其他非线性的数学工具的应用也取得丰硕的成果。
特别地，基于偏微分方程的图像处理方法成为近年来图像研究的一个热点。
它从分析图像去噪的机理入手，结合数学形态学、微分几何、射影几何等数学工具，建立了滤波和偏微分方程相关的公理体系。
另外，它在图像重构、图像分割、图像识别、遥感图像处理、图像分析、边缘检测、图像插值、医学图像处理、动态图像修补、立体视觉深度检测、运动分析等方面得到了一定的应用。
1.3国内外发展概况及前景
为了能更好地对视频进行管理与应用，国内外在视频镜头分割、代表帧抽取和基本特征提取方面己经做了很多研究。
首先，在镜头分割方面，目前己有不少方法，主要的可分为两类:
数据驱动方法和模型驱动方法。
如H.J.Zhan扩，根据镜头切换时直方图的变化特征提出的双重比较法，既可以检测突变又可以检测渐变:
F.Airman提出基于矩不变特征的检测方法，将相邻帧的矩不变量的欧氏距离作为检测尺度;
h.MaI等人提出基于边缘特征的镜头检法:
ArumHampauper基于视频生成模型提出了一种视频分割方法，能够检测镜头边界更多种类的变化过程。
但由于视频编辑和拍摄技术的不断提高，生成的视频边界和视频镜头也越来越复杂，现有的方法对渐变镜头的检测仍然不能达到很高的准确率。
还有一些基于压缩视频的检测方法，虽然能够取得较快的检测速度，但只能对某种特定的压缩格式进行处理，而且由于视频压缩格式的多样性，使得对压缩视频的处理也越来越困难。
其次，在代表帧选取方面，比较经典的方法有帧平均法和直方图平均法这两种方法只选取镜头中具有平均意义的一帧作为代表帧，虽然算法比较简单，但是无法描述镜头中的运动和事件的变化;
Yuen,Zhang等人依据帧间的特征变化来选择多个代表帧，但在镜头运动时，容易选取过多的代表帧:
Wo1f通过光流分析来计算镜头中的运动量，在运动量取局部最小值处选取代表帧，因为在运动量取局部最小值时一般表示对拍摄对象的特写，这种基于运动的方法可以根据镜头的结构选择相应数目的代表帧，但计算量比较大。
第二章方案论证
本章主要讨论完成设计要选择的方案，实现视频拼接方法有很多，本章讨论各个方案的优缺点，对各个方案进行比较，确定最优方案
2.1视频拼接一般流程
视频拼接的流程可以分为视频采集、读取视频、分解视频、预处理、图像拼接和还原视频。
其流程图如图2.1.1所示：
图2.1.1视频拼接的一般流程图
视频采集过程利用两个数码相机在同一水平方向上同时拍摄两个视频，这两个视频要求有重叠的部分。
读取视频利用会声会影的捕获功能将拍摄好的两个视频添加到视频素材库，然后添加到视频编辑轨道上。
在分解视频的过程中利用会声会影的保存静态图像的功能按25帧每秒的标准将视频转换为图片。
预处理部分就是要增强图像的有用信息去除噪声，为后面的轮廓提取和图像拼接做好准备，本文利用到的预处理方法有直方图均衡化、中值滤波和低通滤波。
经过预处理以后就可以对图像进行特征提取了，图像的特征有很多如灰度信息、轮廓特征等本设计采用的是canny算法来提取图像的轮廓特征。
特征提取之后就是匹配和拼接，拼接的方法有很多如基于特征区域、基于模板匹配等，根据实际情况可以选择不同的方法，最后一步就是将拼接后的图片还原成视频，利用会声会影的分析那个功能可以将图片添加到编辑轨道利用生成视频功能将处理后的图片转换成视频，完成视频拼接。
经过分析可以知道图像匹配是整个拼接的关键，匹配的好坏直接影响处理后的效果。
图像匹配是计算机视觉和模式识别的一个基本问题,它被应用到很多领域,不仅仅是图像的拼接，如在飞行器导航、人脸识别、文字识别、指纹识别、机器人视觉、航空图像分析、序列图像分析、视频图像分析、电子地图、信息的三维重构、导弹的地形和地图匹配制导、景象匹配、光学和雷达的目标跟踪与识别、自然资源分析、环境研究，气象预报、医疗诊断、图像拼接和图像融合等方面具有重要的作用。
因此可以说图像匹配是整个图像拼接设计的核心部分。
随着人们对图像匹配研究的深入，也出现了各种各样有各自优点和特点的算法，例如基于投影特征的算法、基于梯度滤波的算法、特征区域提取的算法等等。
2.2方案比较和选择
2.2.1方案一：
基于投影特征的图像匹配的快速算法
该算法利用图像的投影特征,将图像的二维相关匹配转换为一维相关匹配,为解决上述问题,作者采用了利用两幅图像的投影进行相关的算法:
（1）设模板大小为
计算模板的垂直投影,得到长度为U的一维矩阵M。
（2）设实时图像大小为
在实时图像中依次取
个和模板同样大小的子图像,对这
个子图像分别进行垂直方向的投影,得到
个长度为U的一维矩阵。
（3）根据下式求出相关系数
（2-1）
式中
为在坐标
处的相关系数。
（4）求出
的最大值,其在矩阵中的位置即为目标图像在实时图像中的位置。
该算法将图像的二维相关匹配转换成了一位相关匹配，大大提高了算法的运行匹配速度，而且算法也易于理解，但是由于把二维投影成一维，当图像有一定的干扰或随机的投影出现相似的时候，对匹配的精确度又会造成一定的影响。
2.2.2方案二：
基于特征区域分割的图像拼接算法
采用边缘检测算子和自适应阈值分割算法，把图像的特征区域块分割出来后再进行细化处理。
第二步是把分割处理过的图像利用链码的方法确定特征块的形心位置。
第三步是利用像素点的匹配和渐入渐出的方法实现两幅图片的无缝拼接。
这是一种基于特征的算法，该算法对于有旋转角度的两幅具有重叠区域的图片的拼接有更为良好的适应性，但是算法的复杂，对于程序的编写不利，特征点的分析也是该算法的一个难度所在。
2.2.3方案三：
基于轮廓特征的模板匹配拼接算法
该算法首先利用边缘检测算子检测出图像的轮廓然后在匹配图上选取模板，利用模板在待匹配图像上扫描，比较待匹配区域内轮廓线相对应的点的个数，找到匹配区域以后利用坐标之间的对应关系将两幅图系那个进行拼接。
模板匹配算法已经十分成熟作为传统的算法之一，匹配运算量巨大已经成为该算法最大的缺陷之一，人们还在对该算法进行有针对性地改进，利用各种可行的方法提高该算法的匹配速度，在能达到较好的拼接效果的同时，也保证了匹配速度也有一定的提高。
本文经过三种算法的对比分析，决定采用基于轮廓特征的模板匹配算法来进行图像拼接，即使拼接速度有些慢，但是对于模板匹配算法简单实现容易的优点来说拼接速度不会影响模板匹配算法的使用。
第三章会声会影简介
本设计在视频分解的过程中是利用会声会影软件实现的，会声会影在编辑状态有保存单帧图像的功能，利用此功能可以分解出一帧帧的图像，为后续的预处理以及拼接做准备。
3.1会声会影的工作方式
会声会影是一套操作最简单，功能最强悍的DV、HDV影片剪辑软件。
不仅完全符合家庭或个人所需的影片剪辑功能，甚至可以挑战专业级的影片剪辑软件。
操作界面简单实用。
如图3.1.1所示
图3.1.1会声会影操作界面
会声会影采用了逐步式的工作流程，会声会影提供了一百多个转场效果、专业标题制作功能和简单的音轨制作工具。
要制作影片作品，请先从摄像机或其它视频来源捕获节目。
然后可以修整捕获的视频、排列它们的顺序、应用转场并添加覆叠、动画标题、旁白和背景音乐。
这些元素被安排在不同的轨上。
对某一轨进行修改不会影响到其它的轨。
如图3.1.2所示：
图3.1.2会声会影编辑轨道
影片作品的表现形式是「会声会影」项目文件（*.VSP），它包含素材的路径位置及合并影片方法的信息。
在完成影片作品后，您可以将它刻录到VCD、DVD或HDDVD，或将影片录回到摄像机。
您还可以将影片输出为视频文件，用于在电脑上回放。
「会声会影」将使用视频项目文件中的信息，将影片中的所有元素合并成一个视频文件。
此过程称为渲染。
显示在「时间轴视图」中的项目的组成
3.2会声会影的选项面板
在「编辑」步骤中，可以整理、编辑和修整项目中使用的视频素材。
在此步骤中，可以为视频素材中包含的音频素材应用淡入/淡出效果、是否或分割视频和调整素材的回放速度。
还可以从大量的视频滤镜中选取来应用到素材上。
「编辑」步骤的「选项面板」可以让您编辑要添加到视频轨上的视频、图像和色彩素材。
在「属性」选项卡中，可以对应用到素材上的视频滤镜进行微调。
3.2.1「视频」选项卡
·
区间：
以"
时：
分：
秒：
帧"
的形式显示所选素材的区间。
您可以通过修改素材的区间，来修整素材。
素材音量：
允许您调整视频的音频部分的音量。
静音：
使视频的音频部分变为静音，而不删除音频。
淡入/淡出：
逐渐增加或减小素材的音量，获得平滑的过渡。
选取「文件：
参数选－编辑」，可以设置淡入/淡出的区间。
旋转：
旋转视频素材。
色彩校正：
可以让您调整视频素材的色调、饱和度、亮度和Gamma。
回放速度：
打开「回放速度」对话框，您在此可以调整素材的播放速度。
翻转视频：
反向播放视频。
保存为静态图像：
将当前帧保存为新的图像文件并放到图像素材库中。
保存之前，对此文件所做的所有改善操作将被丢弃。
分割音频：
让您可以将视频文件中的音频分离出来并放到声音轨中。
按场景分割：
按照视频录制的日期和时间或视频内容的变化（如：
动作变化、相机移动、亮度变化等），将捕获的DVAVI分割开。
对于MPEG文件，
多重修整视频：
允许您从视频文件中选取需要的片段并提取出来。
3.2.2「图像」选项卡
设置所选图像素材的区间。
旋转图像素材。
可以让您调整图像的色调、饱和度、对比度和Gamma。
重新采样选项：
设置调整图像大小的方法。
有两个选项：
保持宽高比可以保持当前图像的宽度和高度的比例；
调到项目大小可以使当前图像的大小与项目的帧大小相同。
摇动和缩放：
将摇动和缩放效果应用到当前图像。
预设值：
提供各种摇动和缩放的预设值。
可以从下拉列表中选择一个预设值。
自定义：
允许您定义摇动和缩放当前图像的方法。
3.2.3「色彩」选项卡
设置所选色彩素材的区间。
色彩：
单击色彩框，可以调整色彩。
3.2.4「属性」选项卡
替换上一个滤镜：
在将新的滤镜拖到素材上时，将前面应用的滤镜替换。
如果您想在素材上应用多个滤镜，请清除此选项。
已用滤镜：
列出已应用到素材上的视频滤镜。
单击
或
，可以排列滤镜的次序；
，可以删除滤镜。
提供各种滤镜预设值。
自定义滤镜：
允许您定义滤镜应用在素材上的方法。
变形素材：
允许您调整素材的大小和比例。
显示网格线：
选取它，可以显示网格线。
，可以打开一个对话框，您在此可以为网格线指定设置。
3.3保存静态图像
在「编辑」步骤中，通过选取时间轴中特定的帧并将它保存为图像文件，可以捕获静态的图像。
用此方法，可以避免图像的失真，因为此操作与「捕获」步骤中从动态视频中捕获图像的方法不同。
捕获静态图像的方法：
1.选取「文件：
参数选择－捕获」。
选择Bitmap或JPEG作为「捕获的静态文件保存格
式」。
如果您选择了JPEG，还可以设置「图像质量」。
2.在项目中选取一个视频素材。
3.将「飞梭栏」拖到要捕获的帧上。
如图3.3.1所示：
图3.3.1飞梭栏编辑视图
4.将素材库切换到图像文件夹。
此文件夹可为默认的图像文件夹，或是您自行创建的文件夹。
5.单击「素材：
保存为静态图像」。
新的图像文件将保存在硬盘中，并用指定图像文件夹中的一个略图来表示。
3.4会声会影的分享方法
分享将项目渲染为视频文件格式，以适合满足观众需求或其它用途。
然后将渲染好的文件导出为网页、多媒体贺卡或通过电子邮件发送给亲朋好友。
所有此类操作均可在「会声会影」的「分享」步骤中完成。
3.4.1「分享」步骤的「选项面板」
创建视频文件：
用项目创建视频文件。
您可以基于最终的视频文件来创建您自己的影片模板。
创建声音文件：
允许您将项目中的音频片段保存为声音文件。
创建光盘：
打开DVD制作向导，让您可以将项目刻录成HDDVD、DVD、SVCD或VCD格式。
导出到移动设备：
视频文件可以导出到其它外部设备，如：
PSP、基于Windows的移动设备、SD（SecureDigital）卡和UleadDVD-VRWizard来刻录到DVD-RAM。
您仅可以在创建了视频文件后导出项目。
项目回放：
清除屏幕内容并在黑色的背景上显示整个项目或所选取的片段。
如果您的系统连接了VGA到电视的转换器或录像机，还可以将项目输出到磁带上。
您还可以在录制时手工控制输出设备。
DV录制：
允许您用DV摄像机将所选的视频文件录回到DV磁带上。
在线分享视频：
允许您将项目输出为WMV，然后上传到在线分享网站。
创建影片模板影片模板包含定义创建最终影片文件方法的设置。
通过使用「会声会影」提供的预设影片模板，或在「制作影片管理器」中创建您自己的模板，您可以使影片输出为多种格式。
例如，您可以针对磁带录制和CD-ROM使用提供了高质量输出的影片模板，还可以针对不同目的设置较低质量、但可以接受的输出格式，如：
Web流视频、电子邮件发送等等。
3.4.2创建并保存视频文件
在将整个项目渲染为影片文件之前，请选取「文件：
保存」或「文件：
另存为」，先将项目保存为「会声会影」项目文件（*.VSP）。
这样，您可以随时返回项目并进行编辑。
如果您在创建影片之前想预览项目，请切换到「项目模式」并单击「导览面板」上的「播放」。
项目的回放方法取决于您在「文件：
参数选择－常规－回放方法」中选择的选项。
1.单击「选项面板」中的「创建视频文件」。
打开影片模板的选择菜单。
如图3.4.1所示
图3.4.1视频生成选项菜单
2.要用当前的项目设置创建影片文件，请选取「与项目设置相同」或选取一个预设的影片模板。
这些模板可以让您创建适合网络或输出为DVD、SVCD或VCD的影片文件。
还可以通过选取「与第一个视频素材相同」，来使用视频轨上的第一个视频素材的设置。
3.为影片输入文件名并单击「保存」。
此影片文件然后将被保存并放置在视频素材库中。
您还可以局部渲染项目。
智能渲染可以仅渲染"
有变化"
的部分，从而当项目只做了些许改动时，无需重新渲染整个视频序列。
3.4.3创建预览范围的视频文件
1.单击时间轴上方的标尺来取消对素材
升级会员 