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基于改进Canny边缘检测算子的电子稳像算法研究

作　者: 周同
导　师: 邹丽新
学　校: 苏州大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: Canny边缘检测特征提取区域分割特征匹配运动估计
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 238次
引　用: 2次
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内容摘要

电子稳像是一种新型的视频图像序列稳定技术,它利用计算机数字图像处理和电子技术相结合的方法来实现图像序列的稳定。由于具有稳像精度高、体积小、功耗低、成本低以及易于操作等优点,电子稳像技术已被广泛用于摄像机抖动的检测和消除,视频压缩,运动目标的检测和跟踪,以及图像拼接等领域。本课题在苏州大学现代光学技术研究所“天巡一号小卫星CCD相机研制”的项目资助下,对电子稳像技术进行了较为深入研究,有效地实现了视频图像的实时稳定。论文阐述了电子稳像的基本原理、基本方法和处理过程,并讨论了其实现的关键技术。介绍了电子稳像中几种常见的典型算法,并通过对典型算法的仿真分析,总结出了各算法的优缺点,并针对本课题的要求,分析了实时电子稳像的特点,明确实时稳像算法的要求,最终确定采用基于改进Canny边缘检测算子的电子稳像算法。针对传统特征点匹配电子稳像算法中提取的特征点容易受到噪声干扰的问题,论文在研究传统的特征点匹配电子稳像算法的基础上,提出了一种将改进的Canny边缘检测算子应用于电子稳像中的方法。此方法利用改进的Canny算子对图像进行边缘检测,并通过对边缘检测的图像进行合理分区,在子区域内进行图像的特征点提取,然后根据特征点集内具有相对稳定位置的结构特征,采用距离不变准则,对特征点的有效性进行验证,保证各点的局部运动具有良好的全局一致性。同时建立二维运动模型进行全局运动估计,以此确定仿射模型的运动参数。最后利用卡尔曼滤波的方法来进行运动补偿从而达到输出稳定视频图像的目的。在进行特征点提取的过程中,课题研究了几种典型的特征点提取算法,并在PC机上进行算法仿真和分析。此外,论文介绍了电子稳像算法的评价方法。同时还建立电子稳像的软件仿真平台,对基于改进Canny边缘检测的电子稳像算法进行了稳像处理研究,并利用评价方法对稳像效果进行分析。最后对本课题的研究进行了总结与展望。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 视频稳定的研究背景及意义  11-14
  1.2 电子稳像技术研究状况  14-16
    1.2.1 运动估计  14-15
    1.2.2 运动滤波  15
    1.2.3 运动补偿  15-16
    1.2.4 图像后处理  16
  1.3 电子稳像技术发展状况  16-18
    1.3.1 国外发展状况  16-17
    1.3.2 国内发展状况  17-18
  1.4 本课题的主要研究内容  18
  1.5 本章小结  18-19
第二章电子稳像技术的原理  19-41
  2.1 电子稳像技术介绍  19-22
    2.1.1 电子稳像技术的概念  19
    2.1.2 电子稳像技术的研究对象  19-22
  2.2 电子稳像的基本原理与方法  22-24
  2.3 电子稳像的数学模型  24-26
    2.3.1 摄像机运动与图像运动的关系  24-26
    2.3.2 图像运动的数学模型  26
  2.4 主要电子稳像方法  26-39
    2.4.1 块匹配法(BMA)  27-29
    2.4.2 块匹配运动估计算法分析小结  29-31
    2.4.3 位平面匹配法(BPM)  31-34
    2.4.4 位平面匹配准则  34-35
    2.4.5 位平面算法分析  35-36
    2.4.6 灰度投影法(PA)  36-38
    2.4.7 特征量跟踪算法(FTA)  38-39
  2.5 基于特征点的电子稳像算法原理  39-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章特征点的提取方法及匹配  41-59
  3.1 特征点的提取方法  41
  3.2 基于边缘点的提取算法  41-45
    3.2.1 基于LOG 算子与Canny 算子的提取算法  42-45
  3.3 基于图像角点的提取算法  45-49
    3.3.1 基于Harris 算法的角点提取  46-47
    3.3.2 基于Susan 操作数的角点提取  47-49
  3.4 基于Moravec 操作数的兴趣点提取  49-51
  3.5 特征点的匹配  51-53
  3.6 特征提取方法评价因子  53-54
  3.7 实验结果与分析  54-58
  3.8 本章小结  58-59
第四章基于改进Canny 边缘检测算子的电子稳像算法  59-76
  4.1 选择基于改进Canny 边缘检测算子的电子稳像算法的原因  59-60
  4.2 改进的特征点稳像算法  60-62
    4.2.1 图像区域的划分和代表点的选取  60-61
    4.2.2 有效运动向量的判定及局部运动向量估计  61-62
  4.3 基于改进Canny 边缘检测算子的特征点提取  62-75
    4.3.1 Canny 边缘检测算子  62-64
    4.3.2 改进的Canny 边缘检测算子  64-66
    4.3.3 基于改进Canny 边缘检测算子的特征点提取原理  66-69
    4.3.4 全局运动向量估计  69-72
    4.3.5 运动滤波与运动补偿  72-75
  4.4 本章小结  75-76
第五章实验分析与算法评价  76-85
  5.1 准确度测试  76-78
  5.2 噪声适应度测试  78-80
  5.3 场景适应性测试  80-82
  5.4 PSNR 值测试  82-84
  5.5 算法速度测试  84
  5.6 本章小结  84-85
第六章总结与展望  85-87
  6.1 论文工作总结  85-86
  6.2 对下一步工作的展望  86-87
参考文献  87-93
攻读硕士学位期间发表的论文  93-94
附录1 插图目录索引  94-96
附录2 表格目录索引  96-97
致谢  97-98

基于改进Canny边缘检测算子的电子稳像算法研究

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