移动AR系统中基于视频流的实时运动估计算法的研究

摘要

随着移动终端中软件与硬件技术的不断更新，移动终端已成为实现增强现实应用的理想平台，并取得了不错的研究成果。本论文是基于目前实验室开发的移动增强现实广告推荐平台项目，在移动终端系统中针对智能手机传感器技术与实时视频流运动估计算法的研究。该研究适用场景比较广泛，是移动增强现实应用中跟踪与配准技术、显示与交互技术的重要组成部分。 首先移动增强现实广告推荐平台中采用的是Android操作系统，由于该操作系统提供了传感器接口，本论文综合使用了加速度传感器、陀螺仪传感器以及磁场传感器实现数据补齐、校偏以及运动估计辅助。其次本论文所采用的运动估计技术事实上是视频压缩编码中的关键技术之一，当前研究的重点课题是设计与实现快速、精确、鲁棒性强的运动估计算法。考虑到在移动增强现实系统中，同样在处理视频流的场景下，本论文着重研究、分析了各类快速块匹配运动估计算法的优缺点，最后提出了优化、改进的适用于移动增强现实系统中基于视频流的实时运动估计的算法。 本论文主要是基于视频流的实时运动估计算法的研究，首先概述了基于块匹配运动估计算法的基本原理、各类匹配准则、评定参考指标以及搜索窗口选择等等。接着在研究、分析全搜索算法以及四种经典的快速块匹配运动估计算法的基础上，根据视频图像序列中运动矢量的中心偏置分布特性和十字偏置分布特性，采用了十字中心搜索模板，提出、设计并实现了相对更优的十字中心搜索运动估计算法。通过仿真实验对比数据，此算法提高了搜索速率，尽量避免了陷入局部最优，保证了搜索准确性。然后又在十字中心搜索算法的基础上进行了改进，依照宏块运动矢量的时空相关性预测起始搜索点，设定阈值终止搜索判别准则，并根据不同的运动类型自适应的预判搜索策略，实现了基于预测自适应的十字中心搜索运动估计算法，并在搜索速度和搜索精度上取得了更加良好的性能，最后应用于移动增强现实系统中。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3研究内容

1．4论文组织结构

1．5本章小结

第2章相关工作与技术

2．1视频图像序列运动估计技术

2．1．1二维运动估计模型

2．1．2块匹配运动估计算法

2．1．3块匹配运动估计准则

2．1．4块匹配运动估计评定参考指标

2．2移动设备传感器技术

2．2．1加速度传感器

2．2．2陀螺仪传感器

2．2．3磁场传感器

2．3移动增强现实技术

2．4本章小结

第3章快速块匹配十字中心搜索运动估计算法

3．1宏块的形状大小与搜索窗口

3．2．1全搜索算法

3．2．2三步搜索算法

3．2．3新三步搜索算法

3．2．4四步搜索算法

3．2．5菱形搜索算法

3．3十字中心搜索算法

3．3．1十字中心搜索算法基本思想

3．3．2十字中心搜索算法理论分析

3．4算法仿真

3．4．1实验平台

3．4．2实验结果分析

3．5本章小结

第4章基于预测自适应的十字中心搜索运动估计算法

4．1快速块匹配运动估计算法缺陷

4．2十字中心搜索算法在运动估计中的改进

4．2．1预测搜索起点

4．2．2终止判别准则

4．2．3自适应预判搜索模式

4．2．4基于预测自适应的十字中心搜索算法

4．3．1实验平台

4．3．2实验结果分析

4．4运动估计算法在移动AR系统中的应用

4．5本章小结

第5章结论与展望

5．1工作总结

5．2展望

参考文献

致谢