電子穩(wěn)像系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法研究.pdf

1、電子穩(wěn)像技術(shù)是指當(dāng)攝像系統(tǒng)載體受到無規(guī)則抖動(dòng)的干擾，導(dǎo)致視頻序列不穩(wěn)定時(shí)，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來直接確定圖像序列幀間偏移并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)圖像序列穩(wěn)定的技術(shù)。因其具有穩(wěn)像精度高、速度快、體積小、功耗低以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，使得它在軍事和民用領(lǐng)域中都有廣闊的應(yīng)用前景。本文以研究電子穩(wěn)像為主線，對(duì)電子穩(wěn)像系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行了深入地研究。在對(duì)比分析目前國(guó)內(nèi)外常用運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取灰度投影算法作為本文的研究對(duì)象，并提出了改進(jìn)

2、算法。本文完成的主要工作有：
　　第一，本文對(duì)電子穩(wěn)像的應(yīng)用背景展開研究，明確了穩(wěn)像的必要性。闡述了電子穩(wěn)像原理、結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，并在對(duì)幾種運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種基于灰度投影和塊匹配的，由粗到精的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。相對(duì)于傳統(tǒng)的灰度投影法易受局部運(yùn)動(dòng)物體影響的缺點(diǎn)，本算法引入了自適應(yīng)的塊匹配算法進(jìn)行精確估計(jì)，避免了局部運(yùn)動(dòng)物體的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)算法在運(yùn)算量增加不顯著的情況下，將運(yùn)動(dòng)矢量的估計(jì)精度相對(duì)于傳統(tǒng)灰度投影

3、算法提高了1dB，接近全搜索塊匹配法的精度，在速度和精度方面獲得了平衡。
　　第二，針對(duì)灰度投影算法無法直接應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)的缺點(diǎn)，本文提出了基于對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換的灰度投影算法。利用對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換的旋轉(zhuǎn)不變性，將相鄰圖像在笛卡爾坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)極坐標(biāo)系下的平移運(yùn)動(dòng)，再利用灰度投影法估計(jì)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)系下圖像間的平移運(yùn)動(dòng)矢量，然后通過逆變換轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，最后反向旋轉(zhuǎn)當(dāng)前幀從而得到穩(wěn)定的圖像。實(shí)驗(yàn)表明，

4、利用本文提出的算法處理后的視頻與原始視頻相比，劇烈的旋轉(zhuǎn)明顯改善，取得較好的穩(wěn)像效果，檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)角度誤差小于1度。
　　第三，在前文理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的灰度投影算法運(yùn)動(dòng)估計(jì)系統(tǒng)，并進(jìn)行了靜態(tài)圖像的硬件仿真實(shí)驗(yàn)。按照灰度投影算法的原理，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊劃分，并且為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在設(shè)計(jì)的過程中加入了流水線操作，提高了運(yùn)算速度。時(shí)序仿真結(jié)果表明，該運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊的運(yùn)算時(shí)間小于實(shí)時(shí)處理的時(shí)間要求，并且由時(shí)