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旋转电子稳像技术的研究和实现

作　者: 毛良瑾
导　师: 郑耀；解利军
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 电子稳像运动矢量估计 SIFT特征匹配圆周投影达芬奇技术
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 169次
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内容摘要

随着视频采集设备在各个邻域的广泛应用,图像信息的稳定性也越来越重要。电子稳像是新一代的稳像技术,它利用计算机图像处理技术实现图像序列的稳定,在军事和民用中都有广泛的应用前景。在低空处于高速运动的载体,如炮弹、导弹等,为了保持自身的平衡必须进行自旋。由于其本身的自旋运动造成在这类载体上的视频采集设备所采集到的图像序列是不稳定的,图像序列之间存在着旋转运动的偏移,本课题的研究目的就是消除由于自身旋转所产生的偏移,将图像序列进行稳定。本文首先阐述了电子稳像的基本原理、常用方法和处理流程。然后通过对已有常规电子稳像算法的分析,针对旋转运动图像序列的特点和运动模型,设计了三种旋转电子稳像算法。这三种算法在运动矢量估计的过程中分别使用了基于变换模型的算法、基于SIFT特征匹配的算法和基于圆周投影的算法。使用MATLAB和OpenCV对三种算法进行了仿真验证,并使用均方差、峰值信噪比和差影图像的方法对三种算法进行了评价。其中基于SIFT特征匹配和基于圆周投影的电子稳像算法的稳像精度最高,基于变换模型的电子稳像算法效果稍差。基于圆周投影的电子稳像算法的处理速率最快,而基于SIFT特征匹配和基于变换模型的电子稳像算法的处理速度要慢得多。综合考虑三种算法的稳像精度和处理速率,最终选用基于圆周投影的电子稳像算法,设计和实现了基于达芬奇6446嵌入式平台的电子稳像系统。该系统以ARM+DSP双内核处理芯片为中心,使用编解码引擎技术进行内核通信。文中论述了ARM端视频采集、主控程序和视频显示输出三个模块和DSP端的旋转电子稳像算法编解码引擎模块的实现。实验结果表明该稳像系统的稳像精度较高,对分辨率为480×320的旋转运动视频的稳像处理速度能达到38.3帧/秒,满足实时性要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-12
第1章绪论  12-16
  1.1 课题背景  12-14
    1.1.1 稳像技术的基本方法  12-13
    1.1.2 本课题的研究背景  13-14
  1.2 电子稳像国内外研究现状  14-16
    1.2.1 国外发展现状  14
    1.2.2 国内展现状  14-15
    1.2.3 本文研究内容及论文安排  15-16
第2章电子稳像技术研究综述  16-33
  2.1 电子稳像技术的介绍  16-17
    2.1.1 电子稳像的基本概念  16
    2.1.2 电子稳像的基本流程  16-17
  2.2 电子稳像的常用方法  17-31
    2.2.1 基于块运动模型的方法  17-20
    2.2.2 基于变换域进行匹配的方法  20-23
    2.2.3 基于特征匹配的方法  23-29
    2.2.4 基于灰度投影的方法  29-31
  2.3 常见电子稳像算法总结  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章旋转电子稳像算法的研究  33-62
  3.1 图像的预处理  33-37
    3.1.1 图像的滤波  33-35
    3.1.2 背景消除及图像亮度的拉伸  35-37
  3.2 旋转运动矢量估计  37-57
    3.2.1 基于变换模型的运动矢量估计  37-39
    3.2.2 基于SIFT特征匹配的运动矢量估计  39-51
    3.2.3 基于圆周投影的运动矢量估计  51-57
  3.3 图像的运动补偿  57-61
    3.3.1 灰度插值方法  57-60
    3.3.2 旋转运动补偿及结果  60-61
  3.4 本章小结  61-62
第4章旋转稳像算法在ARM+DSP嵌入式平台上的实现  62-78
  4.1 算法实现的开发平台  62-65
    4.1.1 达芬奇6446的硬件平台  62-63
    4.1.2 达芬奇6446的软件平台  63-65
  4.2 电子稳像系统的框架与流程  65-66
    4.2.1 电子稳像系统框架  65
    4.2.2 旋转电子稳像系统流程  65-66
  4.3 视频采集模块  66-68
    4.3.1 视频采集基础  66-67
    4.3.2 视频采集驱动  67-68
    4.3.3 视频采集流程  68
  4.4 电子稳像算法编解码模块  68-76
    4.4.1 编解码引擎与服务器  68-70
    4.4.2 双核协作通信模块  70-73
    4.4.3 算法编解码服务器及引擎的实现  73-76
  4.5 视频输出模块  76-77
    4.5.1 视频输出驱动  76
    4.5.2 视频输出流程  76-77
  4.6 本章小结  77-78
第5章电子稳像实验与评价  78-87
  5.1 电子稳像质量的评价方法  78-80
    5.1.1 稳像精度  78-80
    5.1.2 稳像系统处理的速度  80
  5.2 实验仿真平台  80-82
  5.3 实验结果  82-85
    5.3.1 稳像精度的实验结果  82-85
    5.3.2 稳像的处理速度  85
  5.4 本章小结  85-87
第6章总结与展望  87-89
  6.1 本文的工作总结  87-88
  6.2 本论文的创新点  88
  6.3 问题和展望  88-89
参考文献  89-92
攻读硕士学位期间主要的研究成果  92-93
致谢  93

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