多目超高清機場視頻拼接系統設計與軟件實現
2020年信息技術與網絡安全第12期
方諍言，陳賢富
中國科學技術大學 微電子學院，安徽 合肥230026
摘要： 圖像拼接技術應用范圍十分廣泛，如全景圖片、城市建模以及視頻監控等工程應用領域。針對機場中多臺超高清攝像機監控的場景，設計了一種全景多路超高清監控視頻拼接系統。該系統利用具有重疊區域的多路視頻進行實時拼接，從而形成具有更大視角的全景視頻，給決策人員提供全面而有效的支持。系統將傳統的圖像拼接技術運用在視頻拼接上，采用分布式的系統架構并設計了一種視頻文件傳輸算法，保證了系統流暢、穩定地運行。首先介紹了該系統軟硬件環境，給出了系統的總體設計；其次介紹了系統的關鍵功能設計以及主要界面實現；最后進行了實驗測試，得出相關實驗數據。經過測試，該系統實現了8路4K視頻的拼接，顯示流暢，無明顯拼接痕跡，且對一幀的處理時間小于40 ms。
中圖分類號： TP391.41
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.12.011
引用格式： 方諍言，陳賢富. 多目超高清機場視頻拼接系統設計與軟件實現[J].信息技術與網絡安全，2020，39(12)：61-66.
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.12.011
引用格式： 方諍言，陳賢富. 多目超高清機場視頻拼接系統設計與軟件實現[J].信息技術與網絡安全，2020，39(12)：61-66.
Design and implementation of multi-eye ultra-high-definition airport video stitching system
Fang Zhengyan，Chen Xianfu
School of Microelectronics，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
Abstract： Image stitching technology is widely used in engineering fields, including panoramic pictures, city modeling and video surveillance. A panoramic multi-channel UHD(Ultra High Definition) surveillance video stitching system was designed for scenes monitored by multiple UHD cameras in the airport. Through real-time stitching multi-channel videos with overlapping areas, the system forms a panoramic video with a larger angle of view and provides comprehensive and effective support for decision makers. In addition, the system applies the traditional image stitching technology to video stitching, adopts a distributed system architecture and designs a transmission algorithm of video files, which ensures the smooth and stable operation of the stitching system. This paper firstly introduces the software and hardware environment of the system, and presents the overall design of the system; secondly, it introduces the design of key function of the system and the interface implementation of the main system; finally, it presents relevant experimental data obtained from an experimental test. After testing, this system has realized the stitching of 8-channel 4K video, with its features of smooth display, no-obvious-stitching traces and less than 40 ms of processing time per frame.
Key words : image stitching；ultra high definition；distributed systems；airport surveillance
0 引言
圖像拼接技術是將數張有重疊部分的圖像(可能是不同時間、不同視角或者不同傳感器獲得的)拼成一幅大型無縫高分辨率圖像[1]。日本的內藤誠[2]采用多個PC平臺的分布式架構來實現4K超高清實時視頻的編碼，同時基于MPI(信息傳遞接口)通信協議實現多機通信。布朗[3]采用不變的局部特征作為全局特征進行匹配，該方法適用于攝像機偏移忽略不計的理想狀態。民航二所科研中心自主研發的全景增強監視系統，采用8臺激光投影機與幕布，通過投影融合和視頻墻控制顯示全景視頻。其優點是可以實現相對的無縫拼接，缺點是采用硬件的手段構建全景視頻，硬件成本高。國防科技大學的李靜[4]等人運用了一種貝葉斯特征細化模型來自適應地去除不正確的局部匹配點，提高匹配點的正確率，減少拼接后的圖像出現重影。但對于實時性要求高的場景，該方案無法實現實時顯示。電子科技大學的張浩[5]實現了基于異構多核的DSP處理器進行高清1 920×1 080分辨率圖像拼接。這種基于DSP處理器系統架構對于4K以上分辨率的圖像處理實時性較差。
經過文獻調研后，本文設計了一種全景多路超高清監控視頻拼接系統。該系統運用了分布式架構，使用了多線程處理技術，并提出了一種基于SMB(Server Message Block)協議的跨服務器傳輸視頻流算法，采用了基于預計算拼接參數的拼接模塊，大大提高了拼接的實時性。最終實現了機場監控8路4K視頻實時拼接。
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作者信息:
方諍言，陳賢富
(中國科學技術大學 微電子學院，安徽 合肥230026)
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