画像安定化/アライメントアルゴリズム[閉じた

Question

私がウェブ上で読んだものから、最も効率的なアルゴリズムの1つである 画像安定化 グレーコード化されたビットプレーンマッチングを使用することです。しかし、私はそれを理解するのに苦労しています（灰色のコード自体はそれほど複雑ではありません、それは残りです）。誰もが、この主題（または、最も公開されている論文のレベルを少し下回っている別の優れた方法）に関するリソースを私に向けることができますか？サンプルコードは、抽象的な一般化方程式を打ち負かします。

私の目的のために、ビデオのパンやズームはなく、フレーム内の移動オブジェクトはありません。

Answer 1

最初にいくつかの簡単なアプローチを試すことができます、私は最近ここでいくつか提案しました： OpenCVによるビデオ安定化

あなたの場合（パン、ズームなし、静的シーンなし）、位相相関がすでに十分であり、それは非常に簡単です（例：Wikipediaを参照）。正しく思い出すと、フェーズ相関を使用するAvisynthが利用できるビデオ安定化フィルター/プラグインがいくつかあります。最初に試してみることができます。

私のニーズのために、私はいくつかの画像（ビデオではなく画像を調整する）を整列させるために、サーフ/ホモグラフィールートを使用するシンプルなツールを実装しました。あなたはそれを試して、これであなたのニーズも十分かどうかを確認することをお勧めします： http://web.archive.org/web/20101004234404/http://ioctl.eu/wiki/applications/imagealign （ええ、コードがまだ実行されることを願っています...）

Answer 2

ビデオフレームの3つのバッファーを安定させる単純な関数を書きました。1つは赤、緑、青です。最速ではありませんが、NTSC DVDフレーム（720x480）の場合、電子マシンT6412で毎秒約1.7フレームで実行できます。あなたがしなければならないのは、画像の中央にスポットを選んで、各ピクセルの一致のビット数を蓄積することで最後のフレームと比較することです。ネストされたループでは、ループ反復ごとに最新のフレームの検索領域を1ピクセルでオフセットします。アナログFIRの相関を試しましたが、最も一致するビットでアライメントオフセットを選択するほどうまく機能しませんでした。また、このアルゴリズムは、カメラの揺れに続く黒いバーを振る代わりに、出力ビデオを画面に埋めるようにします。

#define min(a, b)  (((a) < (b)) ? (a) : (b)) 
#define max(a, b)  (((a) > (b)) ? (a) : (b))

int cubic(int x,int *v)
{  
    int q1,q2,q3,q4;
    q1=( -1792 * v[0] + 5376 * v[1] - 5376 * v[2] + 1792 * v[3] ) >> 8;
    q2=( 3840 * v[0] - 9216 * v[1] + 6912 * v[2] - 1536 * v[3] ) >> 8;
    q3=( -2304 * v[0] + 2304 * v[2] ) >> 8;
    q4=(v[0] + 4096 * v[1] + v[2]) >> 8;
    return  (((((((((q1 * x) >> 8) + q2 ) * x ) >> 8)+ q3 ) * x) >> 8) + q4 ) >> 4;
}


double get_mono_cubic_row(unsigned char * redbuf,unsigned long width, unsigned long height,signed long x,signed long y,signed int offset)
{
    int m[4]={0,0,0,0};
    if(x+3<width && x>=0 && y<height && y>0)
    {

        m[0]=redbuf[x+y*width];
        m[1]=redbuf[(x+1)+y*width];
        m[2]=redbuf[(x+2)+y*width];
        m[3]=redbuf[(x+3)+y*width];

    }
    else
    {
        m[0]=255;
        m[1]=255;
        m[2]=255;
        m[3]=255;
    }

    return cubic(offset,m);


}

unsigned char get_mono_bicubic (unsigned char *redbuf, unsigned long width,unsigned long height,double x, double y)
{
    int xi=0,yi=0;
    int dx=0,dy =0;
    int  m[4]={0.0,0.0,0.0,0.0}; /* four of one mono pixel */
    xi=floor(x);
    yi=floor(y);
    dx=(x-xi) * 256;
    dy=(y-yi) * 256;
    if(yi+3<height && xi>0 && yi>0 && xi<width)
    {
        m[0]=get_mono_cubic_row(redbuf,width,height,xi-1,yi-1,dx);
        m[1]=get_mono_cubic_row(redbuf,width,height,xi-1,yi,dx);
        m[2]=get_mono_cubic_row(redbuf,width,height,xi-1,yi+1,dx);
        m[3]=get_mono_cubic_row(redbuf,width,height,xi-1,yi+2,dx);
    }
    else
    {
        m[0]=255;
        m[1]=255;
        m[2]=255;
        m[3]=255;
    }


    return clip(cubic(dy,m));

}


void mono_scale_exact(unsigned char *redbuf,unsigned long width, unsigned long height,unsigned long desired_width, unsigned long desired_height)
{
    unsigned char *tempbuf=NULL;
    double ratio_x=(desired_width * (1.0/(double)width));
    double ratio_y=(desired_height * (1.0/(double)height));
    unsigned long maxwidth=1;
    unsigned long maxheight=1;
    double u=0;
    int x=0;
    int y=0;
    double v=0;
    maxwidth=max(desired_width,width);
    maxheight=max(desired_height,height);
    tempbuf=(unsigned char*)malloc(maxwidth * maxheight * sizeof(unsigned char));
    if(tempbuf!=NULL)
    {
        /* first the red */
        for(y=0;y<desired_height;y++)
        {
            for(x=0;x<desired_width;x++)
            {
                u = x * (1.0/ratio_x);
                v = y * (1.0/ratio_y);
                tempbuf[x+y*desired_width]=get_mono_bicubic (redbuf,width,height,u,v);
            }
        }  
        for(y=0;y<desired_height;y++)
        {
            for(x=0;x<desired_width;x++)
            {
                redbuf[x+y*desired_width]=tempbuf[x+y*desired_width];
            }
        }
        free(tempbuf);  
    }

  } 



void fatal(void)
{
    exit(1);
}

#define DEBUG_STABLE 0
unsigned char digital_image_stabilization(unsigned char *redbuf, unsigned char *greenbuf, unsigned char *bluebuf,
unsigned long width, unsigned long height, unsigned short search_len,unsigned short twiddle)
{
    static unsigned char *search_scratch=NULL;
    static unsigned char *tempbuf=NULL;
    unsigned long in_x=0;
    unsigned long in_y=0;
    static signed long x_adj=0;
    static signed long y_adj=0;
    unsigned long out_x=0;
    const unsigned int mask[8]={1,2,4,8,16,32,64,128};
    unsigned long out_y=0;
    signed long mid_x=0;
    signed long mid_y=0;
    static signed long center_x=0;
    static signed long center_y=0;
    static signed long end_center_x=0;
    static signed long end_center_y=0;
    static unsigned char first=1;
    int search_x=0;
    int search_y=0;
    unsigned long peak=0;
    static int new_width=0;
    static int new_height=0;
    int tww_y=0;
    int twp_y=0;
    static unsigned long *twiddle_scratch=NULL;
    if(first==1)
    {
        center_x=(width/2)-(search_len/2);
        if(center_x<twiddle)center_x=twiddle;
        center_y=(height/2)-(search_len/2);
        if(center_y<twiddle)center_y=twiddle;
        if((search_len+center_x)>width)fatal();
        if((search_len+center_y)>height)fatal();
        end_center_y=center_y+search_len;
        end_center_x=center_x+search_len;
        new_width=width-twiddle;
        new_height=height-twiddle;
        search_scratch=(unsigned char *)malloc((search_len * search_len) * sizeof(unsigned char));
        tempbuf=(unsigned char *)malloc((width * height) * sizeof(unsigned char));
        twiddle_scratch=(unsigned long *)malloc((twiddle * twiddle) * sizeof(unsigned long));
        if(search_scratch==NULL || tempbuf==NULL || twiddle_scratch==NULL)fatal();
        first=0;
    }
    for(search_y=0;search_y<twiddle;search_y++)
    {
        for(search_x=0;search_x<twiddle;search_x++)
        {
            twiddle_scratch[search_x+search_y]=0;
        }
    }

    /* Multiply-accumulate */
    for(mid_y=0;mid_y<twiddle;mid_y++)
    {
        int twp_x=0;
        for(mid_x=0;mid_x<twiddle;mid_x++)
        {
            unsigned long acc=0;
            int tw_y=0;
            for(in_y=center_y;in_y<end_center_y;in_y++)
            {
                int tw_x=0;
                for(in_x=center_x;in_x<end_center_x;in_x++)
                {
                    unsigned long bmpptr=(in_x+mid_x)+(in_y+mid_y)*width;
                    unsigned int cur_gray=((((77 * redbuf[bmpptr])+(151 * greenbuf[bmpptr]) + (28 * bluebuf[bmpptr])) >> 8) & 255);
                    unsigned int last_gray=search_scratch[tw_x+tw_y*search_len];
                    acc+=(!((last_gray ^ cur_gray) & mask[0]));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[1]) >> 1));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[2]) >> 2));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[3]) >> 3));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[4]) >> 4));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[5]) >> 5));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[6]) >> 6));
                    acc+=(!(((last_gray ^ cur_gray) & mask[7]) >> 7));
                    tw_x++;
                }
                tw_y++;
            }
            //acc/=(search_len * search_len);
            twiddle_scratch[twp_x+twp_y*twiddle]=acc;
            twp_x++;
        }
        twp_y++;
    }

    for(search_y=0;search_y<twiddle;search_y++)
    {
        for(search_x=0;search_x<twiddle;search_x++)
        {
            if(twiddle_scratch[search_x+search_y*twiddle]>peak)
            {
                peak=twiddle_scratch[search_x+search_y*twiddle];
                x_adj=search_x;
                y_adj=search_y;
            }
        }
    }
    /* update the scratch area with the stabilized image */
    tww_y=0;
    for(in_y=center_y;in_y<end_center_y;in_y++)
    {
        int tww_x=0;
        for(in_x=center_x;in_x<end_center_x;in_x++)
        {
            unsigned long out_bmpptr=tww_x+tww_y*search_len;
            #if !DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=(in_x+x_adj);
            signed long safe_y=(in_y+y_adj);
            #endif
            #if DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=(in_x-x_adj);
            signed long safe_y=(in_y-y_adj);
            #endif
            unsigned long in_bmpptr=0;

            unsigned char cur_gray=0;
            if(safe_x<0)safe_x=0;
            if(safe_y<0)safe_y=0;
            in_bmpptr=safe_x+safe_y*width;
            cur_gray=((77 * redbuf[in_bmpptr])+(151 * greenbuf[in_bmpptr]) + (28 * bluebuf[in_bmpptr])) >> 8;
            search_scratch[out_bmpptr]=cur_gray;
            tww_x++;
        }
        tww_y++;
    }
    /* move red */
    for(out_y=twiddle;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=twiddle;out_x<width;out_x++)
        {
            signed long out_bmpptr=(out_x-twiddle)+(out_y-twiddle)*new_width;
            #if !DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=((out_x-twiddle)+x_adj);
            signed long safe_y=((out_y-twiddle)+y_adj);
            #endif

            #if DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=(out_x-x_adj);
            signed long safe_y=(out_y-y_adj);

            unsigned long bad_bmpptr=out_x+out_y*width;
            #endif
            signed long in_bmpptr=0;
            if(safe_x<0)safe_x=0;
            if(safe_y<0)safe_y=0;
            if(safe_x>width)safe_x=width;
            if(safe_y>height)safe_y=height;
            in_bmpptr=safe_x+safe_y*width;
            #if DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=((safe_x>center_x-8 && safe_x<center_x+8) && (safe_y>center_y-8 && safe_y<center_y+8)) ? 255 :redbuf[bad_bmpptr];
            #endif
            #if !DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=redbuf[in_bmpptr];
            #endif
        }
    }
    mono_scale_exact(tempbuf,new_width,new_height,width,height);
    for(out_y=0;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=0;out_x<width;out_x++)
        {
            unsigned long bmpptr=out_x+out_y*width;
            redbuf[bmpptr]=tempbuf[bmpptr];
        }
    }
    /* move green */
    for(out_y=twiddle;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=twiddle;out_x<width;out_x++)
        {
            signed long out_bmpptr=(out_x-twiddle)+(out_y-twiddle)*new_width;
            #if !DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=((out_x-twiddle)+x_adj);
            signed long safe_y=((out_y-twiddle)+y_adj);
            #endif

            #if DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=(out_x-x_adj);
            signed long safe_y=(out_y-y_adj);

            unsigned long bad_bmpptr=out_x+out_y*width;
            #endif
            signed long in_bmpptr=0;
            if(safe_x<0)safe_x=0;
            if(safe_y<0)safe_y=0;
            if(safe_x>width)safe_x=width;
            if(safe_y>height)safe_y=height;         
            in_bmpptr=safe_x+safe_y*width;
            #if DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=((safe_x>center_x-8 && safe_x<center_x+8) && (safe_y>center_y-8 && safe_y<center_y+8)) ? 0 :greenbuf[bad_bmpptr];
            #endif
            #if !DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=greenbuf[in_bmpptr];
            #endif

        }
    }
    mono_scale_exact(tempbuf,new_width,new_height,width,height);
    for(out_y=0;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=0;out_x<width;out_x++)
        {
            unsigned long bmpptr=out_x+out_y*width;
            greenbuf[bmpptr]=tempbuf[bmpptr];
        }
    }
    /* move blue */
    for(out_y=twiddle;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=twiddle;out_x<width;out_x++)
        {
            signed long out_bmpptr=(out_x-twiddle)+(out_y-twiddle)*new_width;
            #if !DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=((out_x-twiddle)+x_adj);
            signed long safe_y=((out_y-twiddle)+y_adj);
            #endif
            #if DEBUG_STABLE
            signed long safe_x=(out_x-x_adj);
            signed long safe_y=(out_y-y_adj);

            unsigned long bad_bmpptr=out_x+out_y*width;
            #endif
            signed long in_bmpptr=0;
            if(safe_x<0)safe_x=0;
            if(safe_y<0)safe_y=0;
            if(safe_x>width)safe_x=width;
            if(safe_y>height)safe_y=height;
            in_bmpptr=safe_x+safe_y*width;
            #if DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=((safe_x>center_x-8 && safe_x<center_x+8) && (safe_y>center_y-8 && safe_y<center_y+8)) ? 255 :bluebuf[bad_bmpptr];
            #endif
            #if !DEBUG_STABLE
            tempbuf[out_bmpptr]=bluebuf[in_bmpptr];
            #endif
        }
    }
    mono_scale_exact(tempbuf,new_width,new_height,width,height);
    for(out_y=0;out_y<height;out_y++)
    {
        for(out_x=0;out_x<width;out_x++)
        {
            unsigned long bmpptr=out_x+out_y*width;
            bluebuf[bmpptr]=tempbuf[bmpptr];
        }
    }
    return (x_adj==0 && y_adj==0) ? 0 : 1;
}

それを使用するには、 *redbufを画像の赤いチャネルに塗りつぶします *緑色のチャネルとgreenbuf、 *bluebuf with blueチャネルとDigital_image_stabilization関数を呼び出します。関数が終了すると、バッファーに安定した画像が表示されます。 Search_lenに96、Twiddleに32を使用しました。