多目超高清机场视频拼接系统设计与软件实现
2020年信息技术与网络安全第12期
方诤言，陈贤富
中国科学技术大学 微电子学院，安徽 合肥230026
摘要：图像拼接技术应用范围十分广泛，如全景图片、城市建模以及视频监控等工程应用领域。针对机场中多台超高清摄像机监控的场景，设计了一种全景多路超高清监控视频拼接系统。该系统利用具有重叠区域的多路视频进行实时拼接，从而形成具有更大视角的全景视频，给决策人员提供全面而有效的支持。系统将传统的图像拼接技术运用在视频拼接上，采用分布式的系统架构并设计了一种视频文件传输算法，保证了系统流畅、稳定地运行。首先介绍了该系统软硬件环境，给出了系统的总体设计；其次介绍了系统的关键功能设计以及主要界面实现；最后进行了实验测试，得出相关实验数据。经过测试，该系统实现了8路4K视频的拼接，显示流畅，无明显拼接痕迹，且对一帧的处理时间小于40 ms。
中图分类号：TP391.41
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2020.12.011
引用格式： 方诤言，陈贤富. 多目超高清机场视频拼接系统设计与软件实现[J].信息技术与网络安全，2020，39(12)：61-66.
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2020.12.011
引用格式： 方诤言，陈贤富. 多目超高清机场视频拼接系统设计与软件实现[J].信息技术与网络安全，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
图像拼接技术是将数张有重叠部分的图像(可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的)拼成一幅大型无缝高分辨率图像[1]。日本的内藤诚[2]采用多个PC平台的分布式架构来实现4K超高清实时视频的编码，同时基于MPI(信息传递接口)通信协议实现多机通信。布朗[3]采用不变的局部特征作为全局特征进行匹配，该方法适用于摄像机偏移忽略不计的理想状态。民航二所科研中心自主研发的全景增强监视系统，采用8台激光投影机与幕布，通过投影融合和视频墙控制显示全景视频。其优点是可以实现相对的无缝拼接，缺点是采用硬件的手段构建全景视频，硬件成本高。国防科技大学的李静[4]等人运用了一种贝叶斯特征细化模型来自适应地去除不正确的局部匹配点，提高匹配点的正确率，减少拼接后的图像出现重影。但对于实时性要求高的场景，该方案无法实现实时显示。电子科技大学的张浩[5]实现了基于异构多核的DSP处理器进行高清1 920×1 080分辨率图像拼接。这种基于DSP处理器系统架构对于4K以上分辨率的图像处理实时性较差。
经过文献调研后，本文设计了一种全景多路超高清监控视频拼接系统。该系统运用了分布式架构，使用了多线程处理技术，并提出了一种基于SMB(Server Message Block)协议的跨服务器传输视频流算法，采用了基于预计算拼接参数的拼接模块，大大提高了拼接的实时性。最终实现了机场监控8路4K视频实时拼接。
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作者信息:
方诤言，陈贤富
(中国科学技术大学 微电子学院，安徽 合肥230026)
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