电子稳像系统主要算法研究

论文摘要

电子稳像是新一代的稳像方法,它利用计算机图像处理技术实现图像序列的稳定。因为具有稳像精度高、体积小、重量轻、功耗低以及成本低等优点,它在军事和民用中都有广泛的应用前景。电子稳像的关键步骤就是运动估计和运动补偿。如何提高运动估计的效率和精度,如何判断并分离摄像机的场景拍摄和随机抖动,使运动补偿能够实时准确的稳定视频序列,是目前研究的热点。另外,如何对稳定效果作一个客观评价,需要制定一个统一的标准。本文分析了电子稳像算法的基本原理和主要方法,重点研究了用于电子稳像系统的各种运动估计和补偿算法,总结了各算法的应用背景。首先,对于处理摄像机平移运动,分析了一些较为典型的块匹配运动估计算法、灰度位平面匹配算法和基于图像灰度总体变化信息的投影算法;并提出了一种基于投影法的稳像算法:带运动矢量修正的投影算法(PMCA)。它充分利用了图像灰度的总体信息,只需利用灰度的行列投影做一次互相关运算,就可以得到运动参数值,大大提高了运动估计的速度;另外,通过运动矢量修正措施,防止了补偿最开始的错误向后续帧的传播。实验结果表明,该算法可以明显减轻摄像系统的平移抖动,且能实时跟随真实扫描场景。其次,对于处理摄像机的旋转和变焦运动,分析了特征匹配算法,提出了一种基于特征点匹配的电子稳像算法(FMVA)。该算法提取图像的特征点(边缘点),利用模板匹配的思想,以每一特征点为中心,建立特征窗;同时为了保证估计精度,通过匹配验证技术,很好地解决了特征匹配过程中出现的误匹配问题;补偿参数为当前运动矢量与平滑运动矢量之差,补偿每一当前帧得到整个稳定序列。实验结果表明,该算法可以有效去除摄像系统的旋转抖动,实时稳定视频序列。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 稳像系统的分类
• 1.1.2 电子稳像的研究意义
• 1.2 电子稳像的发展概况
• 1.2.1 电子稳像研究现状
• 1.2.2 电子稳像的基本原理
• 1.2.3 稳像算法的主要研究技术
• 1.3 研究工作概要和章节安排
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文章节安排
• 2 电子稳像系统中运动估计和补偿算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 块匹配运动估计算法简介
• 2.2.1 块匹配准则
• 2.2.2 典型块匹配运动估计算法研究
• 2.2.3 块匹配运动估计算法分析小结
• 2.3 位平面运动估计算法简介
• 2.3.1 位平面分解及增强位平面
• 2.3.2 位平面匹配准则
• 2.3.3 位平面算法分析小结
• 2.4 全局运动估计
• 2.4.1 K 均值聚类法
• 2.4.2 中值法
• 2.4.3 存在的问题
• 2.5 运动补偿算法简介
• 2.6 稳像算法评价准则
• 2.6.1 序列逼真度
• 2.6.2 运动矢量的可估计偏移范围
• 2.6.3 运动矢量的估计速率
• 2.6.4 运动矢量的估计精度
• 2.7 本章小结
• 3 带运动矢量修正的投影算法PMCA
• 3.1 引言
• 3.2 PMCA 算法流程
• 3.3 灰度投影算法原理
• 3.3.1 图像预处理
• 3.3.2 图像灰度映射
• 3.3.3 投影滤波
• 3.3.4 相关计算
• 3.4 运动矢量平滑、修正及运动补偿
• 3.4.1 运动矢量平滑
• 3.4.2 运动矢量修正及运动补偿
• 3.5 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 4 带特征匹配验证的电子稳像算法FMVA
• 4.1 引言
• 4.2 特征跟踪
• 4.2.1 参考图像中特征点的选择
• 4.2.2 特征点坐标的对应关系
• 4.2.3 特征窗大小的选择
• 4.3 特征检测
• 4.4 运动参数的确定
• 4.4.1 比例因子s 的确定
• 4.4.2 利用Levenberg-Marquardt 算法求运动参数
• 4.4.3 讨论
• 4.5 运动补偿
• 4.6 仿真结果及分析
• 4.7 本章小结
• 5 结束语
• 5.1 论文完成的主要工作
• 5.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间的研究成果