[发明专利]用于数字图像处理的设备、计算机程序产品和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字图像处理设备、一种数字图像处理装置、一种收录在分布媒介中的用于数字图像处理的计算机程序产品、一种集成数字图像处理电路以及一种定义数字图像之间的运动的方法。

背景技术

在视频研究领域由于例如照相师手的抖动引起的用于摄影的照相机的非理想的移动是重要和普遍的研究问题。各种各样的机械和电子的解决方案被设计用来稳定视频图像，这是因为稳定的视频比摇摆、抖动和游荡的视频看起来更舒服。同样，视频信号编码中，稳定的视频流需要更少的比特率或磁盘空间，更不必说编码效率或速度。

机械的解决方案已经取得了重要的成果，例如加速传感器，但是，由于它们无法接受的价格和空间需求，它们不适合于许多视频摄影装置，例如移动电话。数字视频稳定性，特别是例如上面提到的移动电话需要的实时视频稳定性已经成为很长的一段时间里不能达到的目标。

数字视频稳定性涉及到解决两个问题：

1)如何定义在两个连续视频帧之间的一个单独的全局运动向量？迄今为止，对于这个问题没有明确的解决方案。人们总可以计算移动图像的每一块的最好的局部运动向量，但是全局运动向量的计算仍然被保留下来。涉及所有可能的情况，很显然，在每种情况下，都没有可以从局部运动向量完美地定义全局运动向量的算法。无论如何，广泛使用的解决方案具有由运动估算引起的繁重的计算量这一重大缺陷。对于cif大小的图像，16×16块的运动估算和±16搜寻区域需要(16×16×33×33×369)大约1亿次操作！

最好的解决方案大概是不把图像划分为块，而是为整个图像估算一个向量，计算例如在±16的搜寻区域内对于一个单一像素的大约1089个像素误差。此外，对于cif大小的图像，大约需要8千万次操作。

人们做了许多尝试，通过探测一幅单一图像的强细节或特征以及只为它们处理运动估算来减少在运动估算中所使用的块的数量，以此减少运动估算的繁重计算量。然而，不可避免的是这种做法降低了算法的可靠性，而特征探测增加了计算量。

2)如何使用提供的全局运动向量来稳定视频？主要地，对这个问题有三种不同的解决方案：(1)通过移动下一图像帧到全局运动向量的相反方向来消除运动；(2)通过使用例如卡尔曼滤波或FIR滤波来过滤运动，然后消除运动；(3)利用全局运动向量缩放图像以取得运动消除效果，例如，如同在US5,317,685中所述的那样。前两个解决方案需要其中具有稳定图像移动的大的图像。当内部图像达到外部图像的边缘时第一个解决方案会中断；第二解决方案由于过滤和当内部图像超出外部图像的边缘时的图像填充而需要更多的计算量。此外，第二种解决方案导致填充问题：怎样能够在不破坏图像的情况下填充？第三种解决方案由于缩放效果而惹人烦恼，并且除此以外，它需要甚至更多的计算量。稍后将对第一种解决方案作更为详细的描述。

发明内容

本发明试图提供一种改进的数字图像处理设备、一种改进的数字图像处理装置、一种改进的收录在分布媒介中的用于数字图像处理的计算机程序产品、一种改进的集成数字图像处理电路以及一种改进的定义数字图像之间的运动的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种数字图像处理设备，包括：一个输入接口，用于获得第一数字图像和第二数字图像；以及一个与输入接口耦合的处理单元，用来在第一数字图像中定义至少一个块和为第二数字图像中的每一个块定义一个搜寻区域，该搜寻区域比块大，从而映射该块和它的搜寻区域到相等的尺寸，计算在每个块和它映射到相等尺寸的搜寻区域之间的像素方面(pixelwise)误差，收集该误差到一个运动寄存器中，并且通过利用运动寄存器来定义在第一数字图像和第二数字图像之间的运动。

根据本发明的另一个方面，提供一种数字图像处理装置，包括：用于获得第一数字图像和第二数字图像的装置；用于在第一数字图像中定义至少一个块的装置；用于为第二数字图像中的每个块定义一个搜寻区域的装置，该搜寻区域比块大；用于把块和它的搜寻区域映射到相等的尺寸的装置；用于计算在每个块和它映射到相等尺寸的搜寻区域之间的像素方面误差的装置；用于收集该误差到一个运动寄存器中的装置；以及用于通过利用运动寄存器来定义在第一数字图像和第二数字图像之间的运动的装置。