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第 34 卷第 11期 通 信 学 报 Vol.34 No. 11
2013年 11月 Journal on Communications November 2013
基于 ORB 的镜头边界检测算法
唐剑琪,谢林江 ,袁庆生 ,张冬明,包秀国 ,郭薇
1. 国家计算机网络应急技术处理协调中心,北京 100029;2. 北京邮电大学 信息与通信工程学院,北京 100876;
3. 中国科学院 计算技术研究所,北京 100190;4. 工业和信息化部电信研究院,北京 100191
摘 要:场景中摄像机移动、对象运动、光亮突变等现象的存在导致现有镜头边界检测算法的顽健性不足,为了
有效应对这些变化,提出种基于 ORB 的镜头边界检测算法,算法通过计算图像帧之间 ORB 描述子的匹配程
度进行镜头边界检测。 在检测过程中使用特征点匹配数和匹配率对镜头边界的特点进行描述, 并以相似度曲线
描述图像帧之间的关系。实验结果表明,该算法可以有效解决上述问题造成的镜头误检、漏检,同时处理速度
也获得了明显提升。
关键词:视频;镜头边界检测;局部特征;ORB
中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号: 1000-436X201311-0184-07
检 测 颜 色 直 方 图 等 图 像 底 层 特 征 的 变 化 来 确 定 边
1 引言
界 位置。 文献2通过度量运动向量进行 镜头边界 检
镜 头边 界检测SBD,shot boundary detection测。文献3在压缩域检测 DCT系数,进行快速边
是视频内容分析的重要基础之,人们对其早有研界检测。上述这些方法在遇到场景中存在摄像机移
究, 当前已得到广泛应用。 比如, 在些基于内容动、对象运动、光亮突变等情况时,算法性能会快
的视频检索分类系统中,需要通过镜头边界检测方速下降。还有些学者应用机器学习的方法进行镜
法将视频分割为些独立的镜头,再进行高层内容头边界检测研究。比如,文献4利用压缩域特征结
分析、分类、索引或查询。 合神经网络进行边界检测。文献5, 6使用像素域特
现有镜头边界检测算法主要包括像素差法,直征,采用有限状态机结合支持向量机进行镜头边界
方图比较法,边缘变化率法等。例如,文献1通过 检测。 这些基于机器学习的镜头检测算法遇到场景
收稿日期:2013-03-19;修回日期:2013-08-25
基金项目:国家自然科学基金资助项目61273247, 61271428
第 34 卷第 11期 通 信 学 报 Vol.34 No. 11
20第13 11年期 11月 唐剑琪等: Jou 基于 rnal oO n RB Com 的镜 mun 头边 ications 界检测 算法 Novemb er185 2013
中存在 光亮变 化以及 对象 运动等 情形时 顽健 性仍更高的精度,而且所耗时间也有所降低。BRIEF的
然不足。 优点在于速度,但不具备旋转不变性,对噪声比较
基于 ORB 的镜头边界检测算法
以上算法主要使用图像的全局特征, 而图像局敏感。ORB对 BRIEF算子进行了改进, Rublee等
部特征包括角点特征、斑块特征和区域特征等。好人通过实验13证明了 ORB 具备旋转不变性, 同时
的局部特征具有可重复性 唐、 剑琪独特,性、 谢林江局部性、 ,袁庆生数量 ,张冬明噪声顽健性,包也有秀国良好 ,表现 郭薇, 如图 1 和图 2所示。
1. 国家计算机网络应急技术处理协调中心,北京 100029;2. 北京邮电大学 信息与通信工程学院,北京 100876;
性、 准确性、 高效性等特点, 可以很好地描述图像
3. 中国科学院 计算技术研究所,北京 100190;4. 工业和信息化部电信研究院,北京 100191
所蕴含信息。近来,有关研究学者开始引入局部特
征进行镜头边界检测研究。文献7提出了种基于
摘 要:场景中摄像机移动、对象运动、光亮突变等现象的存在导致现有镜头边界检测算法的顽健性不足,为了
SIFT特征的镜头边界检测算法,通过匹配相邻图
有效应对这些变化,提出种基于 ORB 的镜头边界检测算法,算法通过计算图像帧之间 ORB 描述子的匹配程
帧进行镜头边 度进行镜头边界 界检测。 检测。 文献 在检测 9 过程中使 使用 C 用特征 CHco 点匹配 ntrast 数和匹配率对镜头边界的特点进行描述, 并以相似度曲线
描述图像帧之间的关系。实验结果表明,该算法可以有效解决上述问题造成的镜头误检、漏检,同时处理速度
context histogram 提取图像 局 部特 征, 进行镜 头边
也获得了明显提升。
界检测 ,文 献报 告称该 特 征检 测 子与 SIFT 相比 ,不
关键词:视频;镜头边界检测;局部特征;ORB
但 具有 更高 的精 度, 而且 所耗时 间也 有所 降低 。 由 于
中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号: 1000-436X201311-0184-07
该算 法 需要 对视 频中所 有 图像 帧 进行处理 , 要降 低耗
时或 者 过量 的计 算, 其 算法准 确率 也会 降低 。 文献11
则提 出 了 种基 于 SURF 特征 点 匹配 的镜 头边界检
图1 ORBrBRIEF、 SIFT、SURF、BRIEF 在图像旋转角度下匹配表现
测 算法 , 虽然算 法与 文献7,9相 比, 检测 速 度有所 提
升 , 但 限于 SURF 算 1子检 测能力 , 检 2 测 些 存在对 象 1 3 1 4
运 动的 镜头 时, 还 存在 不少误判和漏 判 。 综 上, 现 有
算 法主 要存 在两 方面问 题 , 是 检测 速度 较慢 , 二 是
当 镜头 场景 中存 在摄像 机 移动 、 对象 运动 、 光亮 突变
等 内容 时算 法顽 健性和 性 能下 降。
本文 提出种 基 于 ORBoriented fast and ro-
tated BRIEF 的镜头边界检测算法,以应对镜头
场景中存在摄像机移动、对象运动、光亮突变等变
化情况,算法通过计算图像帧之间 ORB 描述子的匹
配程度进行镜头边界检测。
2 算法描述 with a sharp rise in procession speed.
图 2 ORBrBRIEF、SIFT在不同噪声强度下匹配表现
2.1 ORB特征
图 1 中 , 测 试集 高斯 噪声水平为 10,标准 BRIEF
图像全局特征需 用使用图像中所有像素运 算
算子在图像旋转到 10时, 性能就急剧下降;SIFT表
检 测 颜 色 直 方 图 等 图 像 底 层 特 征 的 变 化 来 确 定 边
1 引言
获得,若当同镜头中含有部分遮挡、对象运动等
现好于 SURF,后者 在图 像旋转 45、135、225、
界 位置。 文献2通过度量运动向量进行 镜头边界 检
变化,或者镜头中出现淡入﹑淡出﹑溶解﹑擦除等
315时,性能明显下降;ORBoFASTrBRIEF表
镜 头边 界检测SBD,shot boundary detection测。文献3在压缩域检测 DCT系数,进行快速边
渐变情况时,全局特征易导致同镜头被错误分割
现最好。
是视频内容分析的重要基础之,人们对其早有研界检测。上述这些方法在遇到场景中存在摄像机移
为多个短镜头。
图 2 中,高斯噪声水平分别为 0、5、10、15