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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于COM组件的视频稳定重建系统的研究 姓名：陆书 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：肖来元 20051022 I 摘摘 要要 数字图像处理应用于刑事侦察领域，已经有很长时间了，但是由于受到成像能力 的限制，传统的静态图像处理在越来越多的新领域显得力不从心。针对图像处理中噪 声总是随机分布的特性，本文试图利用视频录像，以成像数量的优势则弥补静态图像 处理中成像质量的先天不足，并进行了理论研究及软件设计。 首先，论文对视频稳定重建系统进行了系统构架，对系统中各模块进行了功能划 分，按照软件工程模块化设计及良好的可移植性的要求，在设计中采用模块化和分层 化的
2、原则对软件进行结构化设计。然后，本文根据实际情况了定义了软件的对象设计 模式及行为模式，并根据实际系统的模块化构架，论述了基于 COM 组件的解决方案 以及 DirectShow 组件的设计方案。 在完成软件构架的基础上，详细描述了对几何畸变帧进行校正的算法，以及基于 小波变换的帧积分算法。并且在算法的基础上，提出了基于 COM 组件的几何校正及 帧积分处理 Filter 的解决计方案，并且给出了 DirectShow 组件的设计方案。 为了更好地完成视频处理模块，本系统设计了静态数字图像处理模块，用于对静 态的帧进行复原及增强等处理，以使目的积分结果达到预期的设计要求。实践表明， 本文的研究
3、成果和文中所提出的设计思路和实现方法是合理的、切实可行的，对于类 似的视频处理系统开发具有一定的参考价值。 关键词关键词: 视频处理 数字图像处理 COM 组件 II Abstract The digital iamge process technology used in penal scout field, has a long time. But because of the limited of imaging capability, the traditional static image processor ability looked not equal to its ambit
4、ion. Aim at the trait of yawp which is distribute random at image, this article make use of video to offset the inborn limitation of imaging quality in static image process by the advantage of imaging amount. At first, this article designed architecture of system of the video rebuild stabilization,
5、and carve up modules form the software system, adopt modularization designing to the software on principle of Modularization and Layered arcording to the request of modularization and transplantable in software technology. Then, this article define the object designing pattern and action pattern.In
6、the end,this article dissertate the solution based on COM component arcording to actual software architecture,and the scheme based on DirectShow component. Based on software architecture, this article dissertated arithmetic of geometrical emendation and frame integral arithmetic based on wavelet tra
7、nslation. Then this article dissertated the solution of geometrical emendation and frame integral based on COM component, and the scheme based on DirectShow component. In order to accomplish the video process module well, this system designed a static digital image process module to recover and buil
8、dup image. Practice indicate that the investigation,designed method and implement method dissertated in this article was logical and feasible and it merit to analogous video process system. Key words：Video process Digital image process COM component 1 1 绪言绪言 本章开始主要介绍了课题的研究背景， 然后结合我国目前实现视频图像处理的环 境谈了本
9、课题的目的和意义，最后概述了本课题主要的研究内容。 1.1 课题的研究背景课题的研究背景 20 世纪 60 年代，第三代计算机研制成功，以及快速傅立叶算法的发现和应用使 得对图像的某些计算得以实际实现；1987 年，多分辨率理论（Mallat1987）出现， 小波分析开始应用于图像处理领域；目前图像处理技术已经在国家安全、经济发展、 日常生活中充当不可或缺的角色。 但是，由于受到成像能力的限制，传统的静态图像处理在越来越多的新领域显得 力不从心。为了提高图像的质量，传统的静态图像处理技术在改进算法之外，往往采 用提高成像设备成像能力的方法以达到目的。 但是对硬件设备的升级也同时意味着科 研成本
10、的大幅度攀升。针对图像处理中噪声总是随机分布的特性，有人提出利用视频 录像，以成像数量的优势则弥补静态图像处理中成像质量的先天不足。由于受到硬件 计算能力的限制，对视频的处理在 90 年代以前还仅仅是以理论与大型机实现为主。 进入 90 年代以后，随着计算机运算能力的巨大提高，以及数据压缩技术的发展，基 于数字图像处理技术的视频处理有了在普通小型机上实现的可能。 随着硬件成本的降低， 基于数字图像处理技术的视频处理技术在越来越多的领域 得到的应用。视频处理的主要目的是对视频中对象目标的理解与提取，为了实现这个 目的，技术的关键在于对视频图像的稳定重建，即通过对多帧的处理最终得到一帧高 质量的结
11、果，以达到提高图像质量的。 基于数字图像处理技术的视频图像稳定重建技术在国外正在开始逐渐产品化， 如 美国 COGNITECH 公司的产品“Video Investigator”结合录像带处理, 录像带运动分 析和三维构造估算为一体为用户提供录像带分析所有的工具；又如荷兰 IMIX 公司的 “Impress”产品也通过类似技术实现了视频的稳定重建。 在视频的稳定重建领域，国内由于技术问题，主要是缺乏对系统最终实现技术的 积累，所以目前尚无成型产品，但是视频稳定重建在科研、安全以及国防领域的作用 越来越大，本课题就是针对国内缺乏实现技术的积累，而提出的基于 COM 组件视频 稳定重建系统的解决方
12、案。旨在通过借助计算机的强大计算与图像处理能力，在数学 2 分析的基础上，利用已经日趋成熟 COM 组件技术开发一套对科研、安全有实际应用 意义的视频稳定重建系统。以达到填补国内空白的目的。 1.2 研究的目的和意义研究的目的和意义 本课题主要研究目的是通过对基于 COM 组件的视频稳定重建系统的研究，开发 出能够应用于刑侦领域的视频影像处理系统。 本课题的主要意义在于， 解决目前在刑侦领域中一些由于成像能力的先天不足而 导致的案件侦破困难，缩短了案件侦破时间，提高了执法部门刑侦技术。本系统主要 是为司法系统设计，它有如下特点： （1） 专为执法部门应用而设计 （2） 简洁直观的用户界面 （3
13、） 操作记录可查询 （4） 案卷管理工具 （5） 高质量图象采集 （6） 视频增强工具的优化集成 （7） 高效率/高处理率 （8） 出色的报告生成工具 （9） 模块化设计，易于升级 （10）不断改进不断升级，适应快速发展的新技术 （11）只对原始图象进行校正，而不做任何的修改和添加 （12）可做法庭证据 1.3 论文的主要工作论文的主要工作 本文主要深入研究数字图像处理技术，并在此基础上提出基于 COM 组件的解决 方案。研究内容主要分为以下几个部分：第一章介绍了视频图像稳定重建系统的研发 现状，以及课题的背景。第二章将简介视频图像稳定重建系统的软件构架。第三章将 提出基于 COM 组件的几何
14、校正解决方案。第四章将提出基于 COM 组件的帧积分解 决方案。 第五章详细描述了静态图像帧的复原和增强。 第六章则主要描述了试验结果， 即软件的运行情况。第七章主要是总结和展望。 3 2 软件构架与解决方案软件构架与解决方案 本章将着重论述视频图像处理系统的软件构架和基于 COM 组件的解决方案。 2.1 视频图像处理系统的分解结构视频图像处理系统的分解结构 本系统程序结构比较复杂，构架时考虑将具体的工作分解成一些独立实现的模 块，并实现模块之间的交互。分解结构的单元就是模块。可以将模块看作时定义了一 组过程，一些公有的和私有的；以及一组私有的数据结构。一个模块可能就是一个不 可再分的整体，
15、也可能是包括了若干个子模块，模块划分的具体目标如下： （1） 每个模块的结构应该足够简单，能够被充分理解。 （2） 应该能够在无需了解其他模块的具体实现， 并且不影响其他模块的行为的 情况下修改某个模块的实现。 （3） 对设计修改的容易程度应该与该修改可能发生的程度有合理的对应关系。 应该能够在无需改动任何模块接口的情况下完成最有可能发生的改动， 允许较少的修 改涉及对某些接口的改动，但仅限于使用不多的小模块。只允许最不可能发生的改动 涉及对频繁使用的模块接口的改动。 （4） 应该能够把要对软件系统做的比较大的改动分解成对各个模块的一组独 立的修改。 视频稳定重建系统主要可以分解为三大设计模块
16、，即静态图像处理模块；视频帧 处理模块和视频采集模块。这三个模块分别独立实现，通过对功能的 DLL 封装实现 交互。 2.1.1 静态图像处理模块静态图像处理模块 本模块主要实现对静态图像的处理功能，并对功能函数实施 DLL 封装，以供其 他功能模块调用。 2.1.2 视频帧处理模块视频帧处理模块 本模块主要实现对视频帧的几何矫正处理和帧积分处理功能。本模块又可以细分为： （1）行为隐藏子模块 （2）软件决策模块 4 2.1.3 视频采集模块视频采集模块 本模块主要实现对视频及音频的采集。本模块又可以细分为： 1）硬件隐藏子模块 硬件隐藏模块实现了对硬件的抽象和包装，以消除不同硬件配置的差异，对上层 功能调用提供统一的硬件接口。 应用程序通过对特定目录的枚举实现对系统中不同硬 件的检测，然后设计特殊的包装 Filter 对硬件实施包装。 DirectShow 定义了很多种类型的目录供不同的 Filter 注册。其中音频采集设备注 册在 Audio Capture Source 目录下， 视频采集设备注册在 Video Capture Source 目录下。 Direct
