�ݺ�ߣ

Обзор методов
стабилизации видео
Максим Колиниченко
Video Group
CS MSU Graphics & Media Lab

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)
www.compression.ru/video/
Only for
Maxus 
Содержание
 Введение
 Сглаживание траектории
 Удаление motion blur
 Video completion
 Заключение
2

Only for
Maxus 
Постановка задачи
Движение в кадре:
 Движение объектов
 Намеренное движение камеры
 Случайное движение камеры (дрожание)
Задача – удаление дрожания
Методы:
 Аппаратная стабилизация (во время съемки)
 Программная стабилизация (постобработка)
3

Only for
Maxus 
Аппаратная стабилизация
Стабилизаторы:
 Оптические
 С подвижной матрицей
 Цифровые
Во всех случаях перемещения камеры
фиксируются акселерометром
4

Only for
Maxus 
Оптический стабилизатор
5
Система подвижных линз. При малых
колебаниях обеспечивает неподвижность
проекции изображения на матрицу
Единственный способ стабилизации
для пленочных камер
http://pz-rec.ru/userfiles/article_img/opticheskiy_stabilizator.jpg

Only for
Maxus 
Подвижная матрица
Матрица закреплена на подвижной платформе
Стабилизация работает с любой оптикой
6http://rix.com.ua/sm/site/fileslibrary/2009_rew_aut/fototechnika/
pentax_k10d_stab.jpg

Only for
Maxus 
Около 40% пикселей на матрице
не участвуют в формировании изображения
Самый дешевый способ стабилизации
Цифровая стабилизация
7http://photogid.com.ua/upload-files/canon5d/matrix-Canon-EOS-
5D-Mark-II.jpg

Only for
Maxus 
Программная стабилизация
Основные этапы
 Сглаживание траектории камеры
 Формирование новых кадров
 Обрезка изображений
 Заполнение пустых областей
8
Y. Matsushita, E. Ofek, X. Tang, H.-Y. Shum, "Full-frame Video
Stabilization", IEEE Computer Society Conference on Computer
Vision and Pattern Recognition, 2005

Only for
Maxus 
 Традиционный подход
 Optimal Camera Path
9

Only for
Maxus 
Сглаживание траектории
Задача:
1. Определить траекторию движения камеры
2. Построить новую траекторию,
сохраняющую плавные намеренные
движения камеры, и устранить дрожание
10

Only for
Maxus 
Традиционный подход

11

Only for
Maxus 
Результат
12


Only for
Maxus 
Выводы
Достоинства:
 Траектория становится более гладкой,
подавляются высокочастотные колебания
 Сохраняется направление намеренного
движения
Недостатки:
 Низкочастотные колебания (шагающий человек)
сохраняются
 Съемка все равно отличается
от профессиональной
13

Only for
Maxus 
 Традиционный подход
 Optimal Camera Path
14

Only for
Maxus 
Идея алгоритма
15
M. Grundmann, V. Kwatra, I. Essa, "Auto-Directed Video
Заменить траекторию камеры на ту, которая
содержит только участки с постоянной
координатой, скоростью или ускорением

Only for
Maxus 
Алгоритм
Задача
16


Only for
Maxus 
 Вложенность. Новый кадр
должен целиком содержаться
в старом. Гарантируем
корректность всех пикселей нового
кадра
 Приближение. Новая траектория должна
сохранять основное направление
оригинальной
Алгоритм
Ограничения
17

Only for
Maxus 
Алгоритм
Минимизация производных
18


Only for
Maxus 
Алгоритм
Параметризация
19


Only for
Maxus 
Алгоритм
Линейное программирование
20
Сформулируем
усиленную задачу
линейного
программирования
Задача решается
симплекс-методом

Only for
Maxus 
Алгоритм
Весовые коэффициенты
21


Only for
Maxus 
Результаты
22
 Траектория соответствует
кинематографическим принципам
 Гибкий алгоритм. Добавляя и убирая
ограничения, можем управлять его поведением

Only for
Maxus 
Видео
23
РезультатОригинал

Only for
Maxus 
Реализация
24
 http://youtube.com/editor – online
реализация стабилизатора
 Работает в реальном времени
 Один параметр – размер нового кадра

Only for
Maxus 
 Motion Deblurring
 Dual-Frame Deblurring
25

Only for
Maxus 
Удаление motion blur
26
 Проблема: при стабилизации меняется
траектория движения камеры. Motion blur,
связанный со старым движением, смотрится
неестественно
 Идея: заменить размытые пиксели
относительно более четкими из соседних
кадров

Only for
Maxus 
Мера размытия
27


Only for
Maxus 

Весовой коэффициент
28

Only for
Maxus 
Результат
29
Оригинал Результат

Only for
Maxus 
 Motion Deblurring
 Dual-Frame Deblurring
30

Only for
Maxus 
Восстановление ядра
31
J.-F. Cai, H. Ji, C. Liu, Z. Shen, "High-quality curvelet-based
motion deblurring from an image pair", IEEE Computer Society
Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2009


Only for
Maxus 
Алгоритм
32


Only for
Maxus 
Ограничения на ядро
33
Природа motion blur: несколько точек
реального изображения формируют пиксель
Ядро размытия отражает кривую – траекторию,
проходимую камерой за время выдержки
Наложим ограничения, чтобы уменьшить
неоднозначность решения:
 Ядро – разреженная матрица
 Кривая, отражаемая в ядре, должна быть
неразрывной

Only for
Maxus 
Метод решения
34
Авторы используют систему curvelet’ов, которая
дает максимально разреженное представление ядра
РезультатОригинальная пара изображений

Only for
Maxus 
35

Only for
Maxus 
Задача
36
При серьезном дрожании область общего
перекрытия становится маленькой
Задача – качественно заполнить неизвестные
области информацией из прошлых кадров

Only for
Maxus 
 Motion inpainting
 Space-time completion
37

Only for
Maxus 
Motion inpainting
38


Only for
Maxus 

Алгоритм
Начальное заполнение
39

Only for
Maxus 

Алгоритм
Приоритеты кадров
40

Only for
Maxus 

Алгоритм
Заполнение движением
41

Only for
Maxus 

Алгоритм
Весовые коэффициенты
42

Only for
Maxus 

Алгоритм
Заполнение цветом
43

Only for
Maxus 
Вход
Результаты (1)
44
Выход Оригинал

Only for
Maxus 
Вход
45
Выход Оригинал

Only for
Maxus 
Достоинство:
 Универсальный. Применим для удаления
объектов, логотипов, надписей
Недостаток:
 Сильно зависит от ошибки определения движения
Выводы
46

Only for
Maxus 
Видео (1)
47
Оригинал Результат Заполнение

Only for
Maxus 
Видео (2)
48
Оригинал Результат Заполнение

Only for
Maxus 
Общая скорость – 2.2 fps @ Pentium4 @ 2.2 ГГц
Разрешение видео – 720х486, k = 6
Скорость работы
49

Only for
Maxus 
 Motion inpainting
 Space-time completion
50

Only for
Maxus 

Space-time completion
51
Y. Wexler, E. Shechtman, M. Irani, "Space-time video completion",
IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and
Pattern Recognition, 2004

Only for
Maxus 

Мера согласованности
52

Only for
Maxus 

Мера похожести
53

Only for
Maxus 

Заполнение
54

Only for
Maxus 

Оптимизация алгоритма
55

Only for
Maxus 
56
Оригинал Результат

Only for
Maxus 
57

Only for
Maxus 
Видео
58
ОригиналРезультат

Only for
Maxus 
Достоинства:
 Универсальность. Можно удалять целые кадры
из последовательности
 Качественное восстановление даже при быстром
движении
Недостатки:
 Низкая скорость на больших зонах заполнения
Выводы
59

Only for
Maxus 
60

Only for
Maxus 
Заключение
В ходе рассмотрения этапов программной
стабилизации приводились алгоритмы:
 Сглаживание траектории, удаление motion blur,
motion inpainting, составляющие полноценный
стабилизатор
 Optimal Camera Path – элемент стабилизатора
из видеоредактора YouTube
 Space-time completion, потенциально – замена
motion inpainting
 Dual-frame Deblurring, как альтернативный
вариант удаления motion blur
61

Only for
Maxus 
Литература
1. Y. Matsushita, E. Ofek, X. Tang, H.-Y. Shum, "Full-frame Video
Stabilization", IEEE Computer Society Conference on Computer Vision
and Pattern Recognition, 2005.
2. M. Grundmann, V. Kwatra, I. Essa, "Auto-Directed Video Stabilization",
IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern
Recognition, 2011.
3. J.-F. Cai, H. Ji, C. Liu, Z. Shen, "High-quality curvelet-based motion
deblurring from an image pair", IEEE Computer Society Conference
on Computer Vision and Pattern Recognition, 2009.
4. Y. Wexler, E. Shechtman, M. Irani, "Space-time video completion", IEEE
Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern
Recognition, 2004.
62

Only for
Maxus 
Лаборатория компьютерной
графики и мультимедиа
Видеогруппа — это:
 Выпускники в аспирантурах Англии,
Франции, Швейцарии (в России в МГУ
и ИПМ им. Келдыша)
 Выпускниками защищено 5 диссертаций
 Наиболее популярные в мире сравнения
видеокодеков
 Более 3 миллионов скачанных фильтров
обработки видео
63

�ݺ�ߣ

Обзор методов стабилизации видео

More Related Content

Обзор методов стабилизации видео