基于圖像拼接的視頻編輯研究

梁曉龍 鄭建龍 裴向前

摘 要：從本質角度來講，可以將影視作品的拍攝過程看成是對真實世界進行虛擬重構的過程。在這個過程中，由于劇組經費、拍攝內容的限制，制作人員常常需要利用圖像拼接的方式，實現對劇本內容的演繹。本文從全景圖拼接技術入手，對基于圖像拼接的視頻編輯進行分析和研究。

關鍵詞：圖像拼接；影視視頻；編輯

隨著人們生活水平的不斷提升，人們對精神生活的要求變得越來越高。這種變化為影視行業的發展產生的積極的促進作用。為了從競爭環境中獲得更多的受眾，制作人員需要利用圖像拼接技術，提高影視視頻內容的吸引力。

一、全景圖拼接技術

結合我國的影視視頻編輯經驗可知，全景圖的拼接工作大多是通過以下幾種方式完成的：

（一）圓柱拼接方式

這種拼接方式主要包含以下幾個步驟：

第一，柱面投影步驟。該步驟需要將影視視頻中的幀坐標、柱坐標以及圖像坐標等確定出來。

第二，選擇圓柱中心軸步驟。從本質角度來講，如果將影視作品的拍攝過程看成是攝影機在同一平面中移動的過程，則攝影機所得圖像在各個平面上的交線應該屬于平行關系。為了防止全景圖出現卷曲問題，需要對圓柱中心軸的選擇過程加以重視[ 1 ]。

第三，全景圖生成步驟。當上述操作結束之后，編輯人員可以利用圓柱投影中全景圖坐標及幀坐標的實際映射關系，實現全景圖的生成。

（二）平面拼接方式

在影視視頻編輯過程中，平面拼接方式的編輯流程主要包含以下幾個步驟：

第一，計算投影矩陣步驟。在這個步驟中，編輯人員需要從整個影視視頻中隨意選出兩幀，以這兩幀為參照，將二者的透視投影矩陣確定出來。然后通過相鄰幀的傳遞性特點，將其他幀與第一幀之間的投影關系確定出來。

第二，估計全景圖大小步驟。這項工作需要結合計算機的影像圖片儲存格式要求完成。

第三，計算全景圖步驟。該步驟需要利用各幀圖像與全景圖關系的逆投影處理完成[ 2 ]。

第四，處理運動物體步驟。為了保證影視視頻中運動物體的有效處理，可以實現將包含運動物體的所有幀選擇出來，然后通過分割的方式，實現運動物體與幀圖像之間的分離處理。

二、基于圖像拼接的視頻編輯

這里主要從以下幾方面入手，對基于圖像拼接的影視視頻編輯進行分析：

（一）影視視頻圖像編輯方面

影視視頻膠片保管的要求較高，當膠片表面出現劃痕時，影視視頻的內容將會受到影響。通常情況下，運動物體會在多個連續幀中出現。影視視頻直接編輯方式的工作量較大，且該過程中存在較多的重復編輯任務。對此，可以利用圖像拼接提高這項編輯任務的工作效率，具體編輯步驟如下：第一，從損壞運動物體中選出數量適宜的特征點，并進行特征點匹配處理。當匹配操作完成后，視頻編輯人員需要將損壞運動物體與整個影視視頻之間的平面投影關系確定出來。第二，利用平面投影關系將出現損壞問題的運動物體分割出來，并對分割完成的全景圖序列進行精確計算[ 4 ]。第三，利用全景圖序列參數重新編輯出新的全景圖像（不存在運動物體損壞問題）；第四，結合逆投影操作，實現影視視頻所有包含該運動物體的幀坐標系與全景圖的融合；第五，將新序列輸出出來，即可獲得無損的影視視頻。

（二）運動全景圖生成方面

在影視作品制作過程中，當劇情無法通過表演過程重現時，需要通過處理連續運動物體視頻的方式，生成完整的運動全景圖。運動全景圖要求圖像中的所有運動物體之間相互獨立，且完整呈現于圖像中。結合以往的影視視頻編輯工作可知，編輯人員在選擇運動物體所在幀的過程中，常常會引發運動物體突兀出現或多個運動物體黏連問題。對此，可以將圖像拼接作為生成運動全景圖的基本要素，從所有包含運動物體的幀中任意選出一幅作為參照，并在全景圖中找出該幀所在的位置，將其看成影視視頻的前景區域。當上述工作完成之后，需要按照影視視頻中運動物體的運動順序（即幀的順序），將其他包含運動物體的幀在全景圖中的對應位置確定出來[ 5 ]。當其他包含運動物體的幀與全景圖中參照幀之間的重合范圍低于預先設定的閾限時，可以判斷二者之間不存在黏連問題，因此，可以將該幀在全景圖中的對應范圍看成前景區域。重復這個步驟，即可實現運動全景圖生成目的。

（三）影視視頻中運動物體去除方面

影視視頻的拍攝過程常常會受到某些不可預測的外部因素的影響。例如，某古裝劇的主演急于趕往下一個片場，當導演宣布該條通過之后，攝影師突然發現視頻的最后突然闖入一只野兔。如果利用摳圖技術對該段影視視頻進行編輯處理，由于野兔處于運動狀態，因此，這項處理工作需要花費制作人員較多時間，且處理過程很容易將視頻中的其他部分摳除。為了改善這種局面，提升影視視頻的質量，可以將圖像拼接應用在運動物體的去除編輯中，具體的操作流程如下：第一，從影視視頻中的運動物體中選出一定數量的特征點，進行特征點匹配處理。當上述處理工作完成之后，需要將野兔這一運動物體與完整影視視頻之間的平面投影關系確定出來。第二，將平面投影關系作為參考依據，將野兔從影視視頻中分割出來；第三，將分割掉野兔之后的背景全景圖序列確定出來；第四，利用全景圖進行逆投影處理，使得影視視頻的所有幀坐標系與背景全景圖融為一體。最后將此時的背景序列輸出出來，即可得到不包含野兔這一運動物體的影視視頻。

三、結論

由于膠片劃痕、闖入運動物體等因素的影響，影視視頻的編輯工作通常需要耗費大量的時間。為了改善這種現象，可以將圖像拼接作為編輯影視視頻的基本技術，利用生成運動全景圖、基于逆投影的運動物體去除等方法，提升影視視頻的編輯效率。

參考文獻：

[1] 晏濤.立體圖像和視頻編輯的研究[D].中國科學技術大學，2013.

[2] 高全磊.視頻流的編輯及合成方法的研究[D].青島科技大學，2015.

[3] 郭淑艷.數字電視TS流實時低延遲無縫拼接技術的研究與實現[D].華南師范大學，2007.

[4] 韓傳寶.視頻對象的自適應提取與視頻壓縮編碼的研究[D].吉林大學，2005.

[5] 張欲曉.基于MPEG-2標準的非線性編輯關鍵技術的研究與實現[D].中國海洋大學，2010.