Polinom Filtresi ile Görüntü Stabilizasyonu

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Polinom Filtresi ile Görüntü Stabilizasyonu"

Erdem Kızılırmak
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Polno Fltres le Görüntü Stablzasonu Fata Özbek, Sarp Ertürk Kocael Ünverstes Elektronk ve ab. Müendslğ Bölüü İzt, Kocael Özetçe Bu bldrde vdeo görüntü dznnde steneen ttreşler ok etek aacıla, areket tan şle önceden apılış, k boutlu çerçeve konuu düzelte şle çn gelştrlen Polno Fltresle görüntü dzn stablzasonu önte sunuluştur. Polno fltres le çerçeve konuu düzelte önte, görüntü dznnn polno fltre le düzgünleştrles sonucu ttreş taaen gderrken anı anda stenen kaera areketlern de koruasıla sonuç verektedr.. Grş Görüntü stablzasonu, areket alndek araçlardan apılan çekler, görüntülü cep telefonları ve robot-kaera ugulaa alanlarında olduğu gb vdeo görüntülernde de steneen kaera areketlernden dolaı oluşan düzensz ttreşlern gderlesn aaçlaaktadır. Görüntü stablzasonunda, kaera areketnden dolaı oluşan ve çerçevenn er değş şeklnde gözlenen global areketn steneen bleşen arıştırılırken sadece gerekl global areketlern uafaza edles aaçlanaktadır. Görüntü dzn stablzason (GDS) sste areket tan sste ve areket düzelte sstenden oluşur. areket tan sste, görüntü dzn çersnde çerçevelern ardışık olarak global areketlern bularak, kaeranın gösterdğ er değşn tespt etektedr. areket düzelte sste, global areketler ele alarak steneen areketlern arıştırılası sonucu stablze edlş br görüntü dznnn oluşturulasını sağlaaktadır. Görüntü stablzasonu çn vektör entegrasonu, frekans uzaında çerçeve konu fltrelees, zaan uzaında FIR ve IIR fltreler le çerçeve konu fltrelees ve Kalan fltres [] le çerçeve konu düzeltes önteler önerlştr. Bu bldrde polno fltres kullanarak çerçeve konu düzeltes le görüntü stablzasonu önerlektedr. Global çerçeve konularının polno fltres le düzgünleştrles sonucu görüntüler ttreşden arındırılırken anı anda stenen kaera areketler de korunaktadır. Polno fltres le global areketn üksek frekanslarda görülen ttreş öğeler atılırken, düşük frekans eleanlarına karşılık gelen kaera areketler korunaktadır. Görüntülern gerekl pozsona getrles sonucu ttreş öğelernden arındırılış vdeo oluşturulaktadır. Polno fltresnn apısından dolaı bu teknk, gerçek-zaanlı çalışa gerektreen, kadedlş vdeo dznlernn stablzason şlende ugun br önte sağlaaktadır.

tr Özetçe Bu bldrde vdeo görüntü dznnde steneen ttreşler ok etek aacıla, areket tan şle önceden apılış, k boutlu çerçeve konuu düzelte şle çn gelştrlen Polno Fltresle görüntü dzn stablzasonu önte

2 . Polno Fltres Polnolar, br adet değşkenne bağılı ve bu değşkenn poztf ta saı güçlernn ağırlıklı toplaıla br çıkış değer oluşturan bast ateatksel fonksonlardır []. Polno fltrelern teeln oluşturan polno fades aşağıdak gbdr [3]. a, [,] f a a + a + a a () çn nc dereceden polnoun katsaıları ve blneen gerçel sabt saılardır. Polno fltresnn görüntü stablzasonuna ugulanasında önceden apılış global areket tan şlele elde edlen çerçeve konu vektör snalne, düşük derecel br polnoun udurulası sonucu düzgünleştrlş br çerçeve konu vektörü elde edlektedr.yata ve düşe düzlede çerçeve konu değerler sırasıla (, ) olan polno fltres aşağıdak gb fade edlektedr. f a, f b () Vdeo dznnn çerçeve saısı n alındığında [, n ], [,] ; ata areket dnağnde görüntü dznn çerçeve nuarası, f se 'nc çerçeve çn fltrelenş çıkış değerler; düşe areket dnağnde a katsaılı 'nc dereceden polnoun görüntü dznn çerçeve nuarası, se 'nc çerçeve çn b katsaılı 'nc dereceden polnoun fltrelenş çıkış değerlerdr. Bu değerler bze stablzason çn çerçevelern ata ve düşe düzlede bulunası gereken konularını verektedr. ve gözlelee blgler ata ve düşe düzlede nc çerçevenn nuarasını belrttğ çn bu k grş değerler eşt alınaktadır. Bölece tek br gözlelee atrsn elean değerler aşağıdak gb esaplanablr. f f f ( ),,..,n-,,.., (3) Burada f ), gözlelee blgsn uarlaak çn seçlş br fonkson odel olup polno fltresnde ( f ( ) olarak esaplanır. Polno fltresnde gözlelee atrs aşagıdak gb fade edlektedr[3]. M n n LL LL LL n M LLLL LLLL ( n -) ( n -) ( n -) LL (4)

Polno fltresnn görüntü stablzasonuna ugulanasında önceden apılış global areket tan şlele elde edlen çerçeve konu vektör snalne, düşük derecel br polnoun udurulası sonucu düzgünleştrlş br çerçeve konu

3 Denkle () kısaca F A, F B azılablr. F, F stablze edlş çerçeve konu değerlern elde etek çn öncelkle, en küçük c-kare düzle etodu kullanılarak aşağıdak denklelerde tanılanan fadesn en küçük apan A, B katsaıları esaplanır[3]. f n n σ σ a A X () f n n σ σ b B Y (6) Sstee en çözüü veren, X ve Y atrslern eleanları aşağıdak gb esaplanır.,,,,,..., n ;,,..., (7) σ σ σ () ve (6) fadelern en küçük kare tan olası çn σ standart sapanın sabt br saıa atanası an ölçü ataların bağısız ve bu sapaa göre dağılış olası gerekr. Standart sapa σ alınıştır. fadelern en küçük apak çn terc edlen br önte, aşağıdak denklelern en küçük kare çözüünü bulaktır. A X, B Y (8) Bölece görüntü dznn en satablze eden ata ve düşe düzledek konu değerlern oluşturan A ve B polno katsaıları aşağıdak gb esaplanır. A T T ( ) X, ( T ) T B Y (9) F A, F B olak üzere stablze edlş çerçeve konu vektörler elde edlr. Stablzason edlrken ata ve düşe pozson areketnde oluşan karesel atalar se n n f, se n f n ()

f n n σ σ a A X () f n n σ σ b B Y (6) Sstee en çözüü veren, X ve Y atrslern eleanları aşağıdak gb esaplanır.,,,,,..., n ;,,.

4 krterne göre çerçevelern ornal (stablze edleş) konuları (, ) (çerçevelern stablze edlş konuları) polno katsaıları esaplanaktadır. 3. Polno Fltres İle Stablzason, le polno çıkışı f, f arasında nu karesel ata olacak şeklde İk-boutlu görüntü dzn stablzason sstende sadece kaa ttreşlernn stablzasonu çn daa verl çalışan çerçeve konu düzeltes ugulanıştır. Görüntü dzn çersndek çerçevelern düzelte vektörü, çerçevelern ornal konu değerler le düzgünleştrlş konu değerler arasındak fark, V ( X Y ) ( F, F ) olarak bulunur., Polno fltres, gerçek zaanlı çalışaan apısı nedenle stablze etkleen gürültü paraetreler oladığından sadece fltresnn dereces öneldr. Polno fltresnn dereces, stablze edlş dznde zn verlen konu değş ktarını belrleektedr. Düşük derecel br polno sadece avaş değşler göstereceğ çn stablze edlş çerçeve konuları an değşler göstereecektr, bununla beraber blnçl kaera areketlernn takp edlebles çn polno derecesnn aşırı küçük olaası gerekr. Yüksek derecel polnoda global areketn üksek frekanslarda görülen ttreşle brlkte stenlen kaera areketler de atıldığından stablzason perforansı azalablektedr. 4. Denesel Sonuçlar areket alndek br otorsklete bağlanış kaera le apılan çekle elde edlş örnek görüntü dzn stablze edlştr. Şekl de bu görüntü dzn çn şleneş çerçeve konu bleşenler ve 3 ncü dereceden polno fltresle düzgünleştrlş konu bleşenler, Şekl de se 8 nc dereceden polno fltresle düzgünleştrlş konu bleşenler gösterlştr. ornalçerçeve konu lar ornalçerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar Ç erçeve N u aras Ç erçeve N u aras Şekl. Motor dzn çn ornal ve 3üncü dereceden polno fltre le düzgünleştrlş çerçeve konu bleşenler

düzeltes ugulanıştır. Görüntü dzn çersndek çerçevelern düzelte vektörü, çerçevelern ornal konu değerler le düzgünleştrlş konu değerler arasındak fark, V ( X Y ) ( F, F ) olarak bulunur.

5 ornalçerçeve konu lar ornalçerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar Ç erçeve N u aras Ç erçeve N u aras Şekl. Motor dzn çn ornal ve 8nc dereceden polno fltre le düzgünleştrlş çerçeve konu bleşenler Vdeoda genş br vraı dönen otorskletn areketnden dolaı oluşan atasal ve düşesel kaera er değşne ek olarak, steneen dke sallantılar da gözlenektedr.şekllerden görüldüğü gb 3. dereceden polno arekettek değşklkler akından takp edeeektedr. Derece arttıkça kısen esap ükü fazla olan şleler gerekse de kaera areketler ta olarak takp edlektedr. 8. dereceden polnoda ata ve düşe arekette en düşük karesel ataı elde etekle brlkte global arekettek an değşler eterl akınlıkta zlenp ttree areketler alınaıştır. Farklı görüntü dznlernde apılan nceleelerde, sekznc derecel polnolar kullanıldığında br stablzasonun sağlandığı ve bununla brlkte areket dnağndek değşlern ta olarak takp edldğ gözlenştr. Şekl 3 ve Şekl 4 de, eğl br arazde lerleen araçtan paralel olda lerleen aracının görüntülendğ br örnek dzn çn çekn apıldığı aracın areketnden dolaı oluşan kaera er değşler ve fltrele düzgünleştrlş er değşler gösterlştr. Bu görüntü dznnn stablzasonu netcesnde görüldüğü gb polnoun dereces bell br derecee kadar arttıkça genel kaera areketler akından takp edlrken ttreşler de bastırılaktadır. Özellkle 8 nc derceden polno fltresnde, dkede araznn engebel olasından kanaklanan sallantıların ugun br şeklde düzgünleştrldğ görülektedr. 8 nc derceden polno fltresnde çok fazla esap ükü olaan, oğunluğu üksek br stablzason elde edlştr. ornalçerçeve konu lar ornalçerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar Ç erçeve N u aras Ç erçeve N u aras Şekl 3. 3üncü dereceden polno fltre le stablze edlen araba dzn çn konu bleşenler

steneen dke sallantılar da gözlenektedr.şekllerden görüldüğü gb 3. dereceden polno arekettek değşklkler akından takp edeeektedr.

6 ornalçerçeve konu lar ornalçerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar stablze çerçeve konu lar Ç erçeve N u aras Ç erçeve N u aras Şekl 4. 8nc dereceden polno fltre le stablze edlen araba dzn çn konu bleşenler Denesel sonuçlara genel olarak bakıldığında kasıtlı kaera areketlernn ata ve düşe konuda ta olarak takb 8 nc dereceden polno fltre stablzasonu le sağlanıştır. Bu derecede steneen ttreşler en bastırılakla brlkte en küçük karesel ata elde edlektedr. Fakat derece çok küçük alındığında polno sadece avaş değşler göstereceğ çn satablze edlş arekette an değşler takp edleeektedr. Arıca polno fltresnde düzgünleştrlş çerçeve konu değerlern esaplarken atrs ters ve vektör şleler nedenle esaplaa açısından karaşıklık polno dereces büüdükçe artaktadır. Fakat kullanılan polno fltres gerçek zaanlı oladığı çn bu esapsal ük fltrenn perforansını etkleeektedr.. Sonuç Bu bldrde, polno fltres kullanarak çerçeve konu pozsonlarının düzgünleştrles sonucu oluşturuluş en br stablzason sste gösterlştr. Gerçek-zaanlı çalışaakla beraber, önceden kadedlş vdeo dznler çn etkn br stablzason elde edlektedr. Gelecekte polno fltresne adaptflk getrerek gerçek-zaanlı br stablzason sstenn gelştrles aaçlanaktadır. Kanakça []. S. Valvta, S. J. Ovaska, ve O. Vano, Polnoal predctve flterng n control nstruentaton: a revew, IEEE Trans. on Ind. Electroncs, Vol. 46, No:, pp , 999. []. E. Yaan, F. Tekn, S. Ertürk, Kalan fltres le görüntü stablzasonu, Elektrk Elektronk-Blgsaar Müendslğ 9. Ulusal Kongres, Kocael,, pp. 76. [3]. Natonal Instruents TM, LabVIEW TM, User Manuel

fltre stablzasonu le sağlanıştır. Bu derecede steneen ttreşler en bastırılakla brlkte en küçük karesel ata elde edlektedr.

Benzer belgeler

Fen ve Mühendislik için Fizik 1 Ders Notları: Doç.Dr. Ahmet CANSIZ

Fen ve Mühendislik için Fizik 1 Ders Notları: Doç.Dr. Ahmet CANSIZ 9. ÇİZGİSEL (OĞRUSAL) OENTU VE ÇARPIŞALAR 9. Kütle erkez Ssten kütle erkeznn yern ssten ortalaa konuu olarak düşüneblrz. y Δ Δ x x + x = + Teraz antığı le düşünürsek aşağıdak bağıntıyı yazablrz: Δ= x e