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基于快速特征匹配的电子稳像技术研究

作　者: 王智慧
导　师: 王敬东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 全局运动估计 RANSAC 特征点匹配误匹配电子稳像
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 157次
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内容摘要

手持摄影设备、车载摄像系统、飞机或者舰船摄影平台等摄像系统由于其载体是晃动的，拍摄的视频经常存在抖动。视频抖动会导致观察人员因视觉疲劳而误判，并增大后续的图像处理的算法开发难度。电子稳像是新一代的稳像技术，它是利用数字图像处理技术实现图像序列稳定，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，受到了国内外学者越来越广泛的关注。本文采用了基于特征匹配的电子稳像方法，和其他稳像方法相比，可以稳定包含平移和旋转等复杂抖动的视频。电子稳像的关键步骤就是全局运动估计，提高全局运动估计的精度和速度，将最大程度地提高稳像系统的性能。本文提出了一种基于KLT-RANSAC的全局运动估计算法，首先提取FAST特征点，针对特征点在局部区域密集的问题，采用了距离约束机制，剔除特征点集聚区域特征值较小的特征点，保留特征值大的特征点，使得最终提取的特征点分布均匀，数量适中；并且依据向量正交性原理，即亚像素级角点到其邻域某一点的向量和该点处的图像梯度正交，将FAST特征点的位置精度也提高到亚像素级。对提取的特征点进行匹配，本文将匹配过程分为粗匹配和精匹配，粗匹配就是对特征点做KLT匹配，再利用RANSAC算法进行精匹配，剔除粗匹配结果中的误匹配点。RANSAC算法在去除误匹配的同时也去除了分布在局部运功物体上的特征点，从而消除了局部运动对全局运动估计的影响。利用精匹配后的正确的特征点对，可以计算出更为准确的全局运动参数。在进行运动补偿时，采用了双线性插值算法，补偿后的图像无锯齿状线条和纹波，最终可得到稳定的视频序列。实验结果表明，基于KLT-RANSAC的全局运动估计算法计算出来的全局运动参数精确，且耗时短。经双线性插值运动补偿后的稳像视频画面自然无波纹和失真，整个电子稳像系统能满足实时性的要求，可以稳定存在局部运动和任意形式抖动的视频。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 稳像技术的分类  13-14
  1.3 稳像技术发展现状  14-18
    1.3.1 国外发展现状  15
    1.3.2 国内发展现状  15-16
    1.3.3 电子稳像的主要技术难题  16-18
  1.4 本文的主要研究内容和创新点  18-20
    1.4.1 本文的主要研究内容  18-19
    1.4.2 本文的创新点  19-20
第二章电子稳像系统组成及分析  20-35
  2.1 电子稳像的系统组成  20-21
  2.2 全局运动模型  21-23
  2.3 常用的全局运动估计方法  23-30
    2.3.1 图像块匹配法  23-26
    2.3.2 灰度投影法  26-28
    2.3.3 特征匹配法  28-29
    2.3.4 全局运动估计方法比较  29-30
  2.4 常用的运动滤波与补偿方法  30-33
    2.4.1 常用的运动滤波方法  30-32
    2.4.2 常用的运动补偿方法  32-33
  2.5 本文稳像系统的原理架构  33-35
第三章 FAST 快速特征点提取算法  35-48
  3.1 特征点提取  35-42
    3.1.1 特征点提取算法耗时  35-36
    3.1.2 抗噪性能  36-39
    3.1.3 重复保持率  39-42
  3.2 优化的 FAST 特征点  42-46
    3.2.1 FAST 特征点提取算法原理概述  42-45
    3.2.2 优化策略  45-46
  3.4 实验结果分析  46-48
第四章基于 KLT-RANSAC 的全局运动估计算法  48-61
  4.1 特征点匹配算法研究  48-49
    4.1.1 特征点匹配算法概述  48
    4.1.2 KLT 快速角点匹配算法  48-49
  4.2 RANSAC算法  49-53
    4.2.1 理论概述  50-51
    4.2.2 Ransac 算法消除误匹配  51-53
  4.3 全局运动参数计算  53-55
  4.4 实验结果分析  55-61
    4.4.1 特征点 KLT 初匹配  55
    4.4.2 局部运动干扰  55-57
    4.4.3 全局运动参数准确度  57-60
    4.4.4 全局运动估计耗时  60-61
第五章运动补偿与稳像实验  61-67
  5.1 双线性插值运动补偿  61
  5.2 参考帧选取方式  61-63
  5.3 电子稳像算法实验与评价  63-67
    5.3.1 双线性插值运动补偿  63-64
    5.3.2 峰值信噪比  64-66
    5.3.3 稳像算法速度  66-67
第六章电子稳像系统的实现  67-71
  6.1 稳像算法在 PC 机上的实现  67-69
  6.2 稳像算法在 DAVINCI6467 嵌入式开发平台上的实现  69-71
    6.2.1 Davinci6467 硬件平台  69
    6.2.2 Davinci6467 软件平台  69-71
第七章总结与展望  71-73
  7.1 工作总结  71-72
  7.2 问题与展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78

基于快速特征匹配的电子稳像技术研究

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