[发明专利]用于相平面关联的自适应频域滤波

说明书

技术领域

一般而言，本发明是关于关联两个图像(image)，且尤其是关于相平面关联(phase plane correlation；PPC)的使用。

背景技术

在图像处理应用中，最好是自数码数据获取清晰，高分辨率的图像和视频(video)。运动向量数据提供关于图像的关键部件的运动的速度和方向的信息，例如，如从图像的一帧到下一帧经一时间决定将变换的部分图像。使用运动向量数据的应用包括但不限于格式转换、去隔行(de-interlacing)、压缩、图像对位(image registration)和其它需某种时间内插(temporal interpolation)的应用。格式转换的例子包括：1)帧速率转换，如NTSC视频率至HDTV视频率的转换，2)隔行扫描(interlaced)视频转换为逐行扫描(progressive)视频，和3)传统DVD格式视频的3比2下拉伪影校正(3-to-2 pulldown artifact removal)。视频数据压缩工艺也受益于准确的运动向量数据。

压缩经常被用来通过限制带宽而允许有用的数据传输。普遍的视频压缩算法是利用视频压缩标准，例如，如MPEG2、MPEG4和H.26L等。受益于精确的运动向量数据分析的另一应用程序是显示特殊效果的制作，如相机参数的全域估计，有助于产生平移、倾斜或缩放的显示效果。

电视信号的数码处理(例如，编码、传输、存储和解码)，需要使用运动向量数据。运动向量数据是必要的，因为在时域(temporal domain)取样之前，电视信号通常不是以Nyquist标准所要求的方式进行滤波。因此，运动图像包含暂时别名的信息。传统线性内插技术因此在时域不能成功。

ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化部门)建议使用H.261和H.262标准作为编码、存储和传输图像信号用的方法。ISO(国际标准化组织)建议MPEG-1(11172-2)和MPEG-2(13818-2)。以这些标准为基础的方法是采用帧间预测(inter frame prediction)作为编码视频信号的运动补偿。

帧间预测是根据视频数据而识别的冗余特征。视频信号包含从帧至帧的高度冗余信息(预定的帧的许多图像元素不会运动，从而将在随后的帧里重复)。例如，由于特殊效果所产生的帧、或产生以增加视频信号的清晰度的帧亦是如此。运动补偿帧间预测是一种利用帧间冗余的技术，以减少描述视频帧的顺序或建立图像帧所需的数据量，例如从隔行扫描视频信号制作逐行扫描视频信号所建立的。进行这样的操作，帧至帧运动的精确测定是很重要的。

一种用于运动检测的典型方法是在图像域进行。这种方法试图让参考(先前的)图像帧的区块与当前(接在该参考图像帧之后的)帧的区块匹配从。许多所谓的区块匹配方法是首先计算在当前图像帧的区块与在参考图像帧的所有区块的像素的差异的绝对值。具有最小差异的当前图像帧的区块被测定为匹配。然后当前帧的区块和参考帧的相应匹配区块之间的位移的特征是水平和垂直位移分量，因而产生运动向量。此过程被称为全搜索过程(full-search procedure)。

另一种运动检测方法利用相平面而非像平面(image plane)。此种相平面运动检测的一例描述在美国专利号7197074中-由比斯瓦斯等人所着，名为相平面关联运动向量的测定方法，在此纳入参考。相平面关联(PPC)是一种关联两个图像的有效方法。在频域，由当前图像帧的特定区块和参考图像帧的相应区块之间的相移(相位差)表示运动。相位差的反转傅立叶转换得到的关联表面表示移动的像素的数量和像素移动的幅度。这种技术有直接测定运动向量的优势。然而，相平面关联运动向量测定技术并不符合当前的视频处理需求。需要有效的方法计算图像中的运动，减少运动向量至像素产生错误分配的机会。

传统相平面关联(PPC)产生关联表面，其中波峰和其各自的振幅是直接表示图像亮度的相似度。传统的PPC技术有正规化步骤，减轻亮度的不同造成比简单的关联更有识别力的正规化关联表面。然而，传统的PPC方法并不能充分处理不同的输入图像内容。

基于PPC关联表面的标准亮度的推导如下：