電子穩(wěn)像系統(tǒng)中運動估計算法研究.pdf

1、電子穩(wěn)像技術是指當攝像系統(tǒng)載體受到無規(guī)則抖動的干擾，導致視頻序列不穩(wěn)定時，利用數(shù)字圖像處理技術來直接確定圖像序列幀間偏移并進行運動補償，從而實現(xiàn)圖像序列穩(wěn)定的技術。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，使得它在軍事和民用領域中都有廣闊的應用前景。本文以研究電子穩(wěn)像為主線，對電子穩(wěn)像系統(tǒng)中的運動估計算法進行了深入地研究。在對比分析目前國內(nèi)外常用運動估計算法特點的基礎上，選取灰度投影算法作為本文的研究對象，并提出了改進

2、算法。本文完成的主要工作有：
　　第一，本文對電子穩(wěn)像的應用背景展開研究，明確了穩(wěn)像的必要性。闡述了電子穩(wěn)像原理、結構及關鍵技術，并在對幾種運動估計算法進行分析的基礎上，提出一種基于灰度投影和塊匹配的，由粗到精的運動估計算法。相對于傳統(tǒng)的灰度投影法易受局部運動物體影響的缺點，本算法引入了自適應的塊匹配算法進行精確估計，避免了局部運動物體的干擾。實驗結果表明，改進算法在運算量增加不顯著的情況下，將運動矢量的估計精度相對于傳統(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，針對灰度投影算法無法直接應用于旋轉運動矢量估計的缺點，本文提出了基于對數(shù)極坐標變換的灰度投影算法。利用對數(shù)極坐標變換的旋轉不變性，將相鄰圖像在笛卡爾坐標系下的旋轉運動，轉換為對數(shù)極坐標系下的平移運動，再利用灰度投影法估計對數(shù)極坐標系下圖像間的平移運動矢量，然后通過逆變換轉化為笛卡爾坐標系下的旋轉角度，最后反向旋轉當前幀從而得到穩(wěn)定的圖像。實驗表明，

4、利用本文提出的算法處理后的視頻與原始視頻相比，劇烈的旋轉明顯改善，取得較好的穩(wěn)像效果，檢測出的旋轉角度誤差小于1度。
　　第三，在前文理論研究的基礎上，設計了一種基于FPGA的灰度投影算法運動估計系統(tǒng)，并進行了靜態(tài)圖像的硬件仿真實驗。按照灰度投影算法的原理，對整個系統(tǒng)進行了模塊劃分，并且為實現(xiàn)穩(wěn)像系統(tǒng)的實時性，在設計的過程中加入了流水線操作，提高了運算速度。時序仿真結果表明，該運動估計模塊的運算時間小于實時處理的時間要求，并且由時