Motion estimation for video sequences

Abstract

Bu çalışmanın amacı, tüm hareket kestirim methotlarını incelemek, değerlendirmek ve karşılaştırmak ve ayrıca hareket kestirimi için yeni bir yaklaşım geliştirmektir. Bu tezde hareket kestirimi için uzaysal alan araştırmaları ve frekans alan araştırmaları olmak üzere iki büyük yaklaşım incelenmiş ve bu kategorilerdeki bir çok methot uygulanmıştır. Bu methotlardan başlıcaları blok karşılaştırma algoritmaları, türevlenebilir-değişim ölçüsüne dayalı teknikler ve faz korelasyon yöntemleridir. Ayrıca adaptif limitlemeye dayalı yeni bir hiyerarşik faz korelasyonu methodu geliştirdim ve uyguladım. Tüm methotları değerlendirmek için 20 çift resim kullanılmıştır. Her yöntemin PSNR, işlem hacmi ve entropi performansı ayrıntılı olarak incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Hareket kestirim teknikleri, giriş resim sayısını harekete dayalı resim üreterek iki katına çıkartan 100/120 Hz televizyon uygulamalarında da kullanılmaktadır. Tez de bu tarz bir resim oranı artırma uygulaması yaptım. Uygulama, hareket vektörlerini bularak ve kullanarak yeni ara resimler oluşturuyor. Böylece birim zamanda iki kat resim elde ediliyor ve sonuç olarak video dizilerinde akıcı ve sürekli bir hareket sağlar. The aim of this study is to investigate, evaluate and compare the methods of motion estimation and develop a new approach to the motion estimation. In this thesis, two main approaches to the motion estimation, spatial domain research and frequency domain research, have been investigated and several methods in these categories have been implemented. The methods include all well-known block matching algorithms, differential-gradient based techniques and phase correlation based methods. I have also developed and implemented a new hierarchical phase correlation method with adaptive threshold. Twenty pairs of pictures have been used in order to evaluate all the implemented methods. Power Signal Noise Ratio (PSNR), computational load and entropy performances of each method are calculated and compared in detail. The motion estimation techniques is also used in 100/120 Hz TV applications which double the input frame rate using motion based frame interpolation. I have designed and implemented an application for such frame rate conversion task. My application produces new intermediate frames after finding the motion vectors of blocks between successive frames. So there are twice as much frame and consequently this provides a judder-free and fluid motion in the video sequences.