Анализ методов стабилизации видео, основанных на определении движения кадра

Секция

«ИНФОРМАТИКА И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ»

УДК 004.657

М. В. Барабанова Научный руководитель - Ю. Б. Козлова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ О НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Рассматриваются современные тенденции использования автоматизированной системы для упрощения процесса обработки информации и составления отчетности, а также для привлечения внимания к научной деятельности.

На сегодняшний день в Сибирском государственном аэрокосмическом университете открыто много магистерских программ, и процесс обучения студентов-магистров предполагает некоторые отличия. Так, обучение в магистратуре ориентировано на научные исследования, но сегодня повысить значимость научной деятельности студентов еще достаточно трудно, поскольку не разработаны механизмы контроля и стимулирования, находятся на стадии исследования структура процесса обучения. И мы в своем магистерском исследовании пытаемся разрешить эту проблему. Исследование проводиться на кафедре информатики и вычислительной техники под руководством кандидата педагогических наук, преподавателя Ю. Б. Козловой, рабочее название магистерской диссертации - «Разработка автоматизированной системы управления научной деятельностью».

Целью данной работы является создание автоматизированной системы управления научной деятельностью кафедры.

Основные операции, которые необходимо автоматизировать это:

1) учет сведений о проведении научных конференций;

2) сохранение информации об участии в научной деятельности преподавателей и студентов кафедры;

3) генерирование годовых отчетов кафедры, а также промежуточных отчетов о текущей деятельности.

Научная деятельность, осуществляемая преподавателями и студентами учебных заведений, является

объектом сразу нескольких отчетных структур и требует обзора, анализа и прогнозирования. На сегодняшний день выполнение отчетных мероприятий в рамках научно-исследовательских работ связано с некоторыми организационными трудностями (опрос преподавателей и студентов, заполнение вручную названий конференций и тезисов докладов). Решение данных организационных моментов позволит оптимизировать систему оповещения, упростить организацию отчетности, в социальном плане привлечь внимание к научно-исследовательской деятельности.

Проведен обзор источников, описывающих, каким образом решаются подобные задачи в других учебных заведениях. Так, например, в Сибирском федеральном университете разработан проект «Единая автоматизированная система управления данными по научно-исследовательской и учебно-методической активности преподавателей СФУ».

Работы ведутся и мы предполагаем, что разрабатываемая автоматизированная система управления данными по научно-исследовательской и учебно-методической активности преподавателей кафедры станет средством диагностики, индивидуального мониторинга научно-инновационной и учебно-методической деятельности и отправной точкой социального стимулирования к научной деятельности студентов и преподавателей.

© Барабанова М. В., Козлова Ю. Б., 2010

УДК 004.932

В. В. Буряченко Научный руководитель - А. Г. Зотин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

АНАЛИЗ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ВИДЕО, ОСНОВАННЫХ НА ОПРЕДЕЛЕНИИ ДВИЖЕНИЯ КАДРА

Рассмотрены подходы к стабилизации видео, такие как определение глобального движения кадра на основании векторов движения, приведен пример алгоритма, выполняющего восстановление полного изображения с использованием нового метода прорисовки движения (impainting).

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Информационные технологии

Методы улучшения качества видео привлекают в последние годы все больший интерес. Ручные и мобильные видеокамеры становятся все более и более популярными на потребительском рынке и промышленности за счет снижения их стоимости. Тем не менее, неустойчивости и неожиданные колебания в видеопоследовательности, являющиеся неотъемлемой частью этих устройств, значительно ослабляют их производительность. В последние десятилетия многочисленные исследования были проведены в области стабилизации видео. Ее основная цель заключается в удалении нежелательной вибрации движения, вызванной лицом, держащим камеру, или вследствие механического дрожания, и синтезу новых изображений последовательности, с учетом стабилизации траектории движения камеры.

Существует два основных подхода, предложенных для решения этой проблемы: механический подход и подходы цифровой обработки изображений. Механический подход, или оптическая стабилизация, активизирует оптические системы для настройки датчиков движения камеры, когда произошло дрожание, например, устойчивая установка камеры или гироскопических стабилизаторов. Хотя этот метод потенциально хорошо работает на практике, он не используется широко из-за денежных расходов и ограничения в движении камеры. Другой подход заключается в программной стабилизации видео сразу после съемки, которая и рассматривается в данном тексте.

Одним из методов стабилизации является определение глобального движения кадра (Global Motion). Существующие алгоритмы применяются как для сжатия, так и для обработки видео. Например, в задачах построения панорамного изображения или стабилизации видео с дрожанием кадра [1]. Алгоритмы определения глобального движения кадра можно разделить на три группы: 1) использующие для работы особые точки (Feature); 2) использующие для работы вектора движения (Motion Vector); 3) глобальный поиск. Алгоритмы из каждой группы имеют характерные сильные и слабые стороны.

Использование аппарата особых точек требует значительных временных затрат на выбор особых точек (Feature Selection) и на их отслеживание (Feature Tracking). Преимуществом же данного подхода является высокая надежность определения смещений. Как пример использования особых точек для определения глобального движения, можно привести алгоритм 2D Ridge Motion [1]. Надежность определения смещений при использовании векторов движения гораздо ниже, чем при использовании особых точек. Но у алгоритмов определения векторов движения (Motion Estimation) есть большое преимущество - это скорость. Алгоритмы, использующие для определения глобального движения вектора движения, описаны в статье [2]. Под алгоритмами глобального поиска понимаются алгоритмы, определяющие глобальное движение по всему кадру без применения промежуточных преобразований.

Аппарат векторов движения (Motion Estimation) давно и очень активно используется для решения задач, связанных с обработкой и компрессией видео. Основное преимущество этого подхода перед другими - его простота. Существенная помеха при использовании векторов движения заключается в наличии ошибочных векторов, их особенно часто можно видеть на монотонных областях кадра. Одна из основных проблем программного обеспечения для стабилизации видео - это отсутствие участков изображения, появляющееся в стабилизированных видео в связи с компенсацией траектории движения, как показано на рисунке.

Решением проблемы является либо обрезка видео для получения части изображения, которая встречается на всех кадрах, либо построение мозаики с использованием соседних кадров, чтобы заполнить отсутствующие области изображения. При первом подходе уменьшается первоначальное разрешение видео. Кроме того, иногда из-за серьезных толчков камеры, соседние кадры могут не иметь общей площади. Последний подход хорошо работает для статических и плоских сцен, но приводит к видимым артефактам для динамических или объемных сцен.

а б в

Примеры стабилизации изображений: а - обрезка; б - мозаика; в - стабилизация движения

Секция «Информатика и автоматизированные системы»

Предложены практические и надежные методы оформления изображения и устранения размытости на видео, которые направлены на создание полнокадрового стабилизированного видео с хорошим визуальным качеством. Центральная часть алгоритма - это прорисовка движения (шрашй^) [3], новая техника, предлагаемая для нахождения местного движения кадра, которая использовалась для естественного составления мозаики изображения. Эти методы позволяют создать видео, которое сохраняет визуальное качество оригинального видео после стабилизации.

Библиографические ссылки

1. Kwong Kin Wah Eric. "Video Stabilization Algorithms". ELEC 533 Project Report, spring 2003.

2. Haan G. de, "Progress in motion estimation for video format conversion". IEEE Transactions in Consumer Electronics, Vol. 46, No. 3, Aug. 2000, pp. 449-459.

3. Yasuyuki Matsushita, Eyal Ofek Xiaoou Tang, Heung-Yeung Shum "Full-frame Video Stabilization" Microsoft Research Asia, Beijing Sigma Center, No.49, Zhichun Road, Haidian District, Beijing 100080, P. R. China, 2005.

© Буряченко В. В., Зотин А. Г., 2010

УДК 004.9

А. О. Бусаров Научный руководитель - Л. М. Коренюгина Сибирский институт бизнеса, управления и психологии, Красноярск

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ РАДИОПОИСКА И СПУТНИКОВЫХ ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ СЛУЖБЫ СПАСЕНИЯ ТУРИСТОВ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

В настоящее время с увеличением потока туристов остро встает необходимость сохранения жизни и здоровья путешествующих. Последствия неудачных путешествий достаточно разнообразны - от неудовлетворенности и психологических страданий, от временной нетрудоспособности до инвалидности и смерти.

Задача общества, в котором жизнь каждого гражданина имеет огромную ценность, создать систему защиты путешествующих и повышение оперативности и эффективности оказания помощи.

Затраты общества на ликвидацию чрезвычайных ситуаций и последствий несчастных случаев очень высоки - это и выплаты страховых компаний по факту наступления страховых случаев, оплата листов нетрудоспособности и пенсионные выплаты по наступлению инвалидности. Поэтому актуальность разработки системы обеспечения туристов очевидна.

Для автоматизации системы поиска туристов перспективно использовать системы радиопоиска и спутниковой навигации.

Системы радиопоиска и спутниковой навигации имеют свои особенности, достоинства и недостатки.

Радиотехника излучает в окружающую среду потоки электромагнитной энергии высокой частоты, сверхвысокой частоты и ультравысокой часто-ты

Воздействия радиомагнитной энергии оказывают негативное биологическое воздействие на организм человека. При облучении появляются расстройства нервной, эндокринной и сердечнососудистой системы, при постоянном длительном применении снижается зрение, так как происходит воздействие на хрусталик глаз.

Поэтому целесообразнее конструировать комплексную поисковую систему, которая объединит в себе спутниковую систему слежения и систему радиопоиска, которая обладает преимуществами обеих систем.

Две системы будут дополнять друг друга, обеспечивая высокую надежность и качественную передачу информации и компенсируя недостатки.

Двусторонняя связь между туристом и центральным пультом управления позволяет координировать поиск. В момент сильного механического воздействия на тело человека устройство посылает тревожное сообщение в диспетчерский центр. Сообщение содержит информацию о характере тревожной ситуации и о местоположении туриста.

Оператор, принявший тревожный сигнал, немедленно связывается со службой спасения. Одновременно определяется местоположение туриста, которое отображается на мониторе компьютера и спасатели выезжают на помощь.

Совместное использование систем радио и спутниковой навигации поможет своевременной регистрации фактов отставших от группы туристов и выполнения своевременного комплекса воздействий на ситуацию.

Так же использование таких систем поможет в случае похищения туристов или в случае заблуждения в незнакомой местности или в чужой стране. Через систему подачи сигнала бедствия возможно связаться со службой спасения, а далее служба спасения связывается по сотовому телефону с туристом для выяснения обстоятельств ситуации и определения объема помощи, а в случае невозможности использования сотовой связи - оперативно организует поиск.

Устойчивость к воздействию радиопомех и преград - несомненное достоинство системы.

Возможность обнаружения пострадавших туристов в пещерах и подземных переходах, под завала-