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基于视频的成像去抖动方法研究

作　者: 王兆军
导　师: 田裕鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电子稳像全局运动估计角点匹配卡尔曼滤波运动补偿
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 2次
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内容摘要

电子稳像是新一代的稳像技术,它是利用计算机图像处理的方法实现图像序列稳定。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,它在军事和民用领域得到了广泛的应用。电子稳像的关键技术是全局运动估计和运动补偿。如何提高全局运动估计的速度和精度,如何判断并分离摄像机的场景拍摄和随机抖动,使得运动补偿能够实时准确的稳定图像序列,是目前研究的热点。视频序列的抖动包含平移、旋转和变焦等复杂运动,针对传统角点提取易过于集中在前景运动物体上,匹配步骤复杂导致速度过慢,且将所有角点直接代入计算全局运动参数,从而导致局部外点和误匹配点影响计算精度的问题,本文提出了基于图像分区角点匹配的电子稳像算法。首先利用Harris角点检测算子分区均匀提取参考帧中的角点,利用模板匹配的思想,以每一角点为中心,建立特征窗口。同时为了保证估计精度和速度,通过匹配验证技术,很好地解决了角点特征匹配过程中出现的误匹配问题,减少无效角点对的不利影响。再通过列文伯格-马夸尔特迭代法,计算得到全局运动参数。最后采用基于卡尔曼滤波的图像补偿方法,确定抖动参数并结合图像拼接技术来实现图像补偿,提高输出视频的稳定性和完整性。实验结果表明,该算法对角点的预处理和迭代步骤,保证了运动检测的全局性,具有较高的精度,且补偿结果能够实时跟随摄像系统的扫描运动,输出稳定完整的视频序列。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题的研究背景及意义  11-13
  1.2 电子稳像技术发展概况  13-16
    1.2.1 国外发展现状  13-15
    1.2.2 国内发展现状  15-16
  1.3 电子稳像关键技术  16-17
  1.4 论文研究内容及安排  17-18
第二章电子稳像理论分析  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 摄像机模型与图像运动模型  18-25
    2.2.1 参考坐标系  18-20
    2.2.2 摄像机运动与图像运动的关系  20-22
    2.2.3 图像运动模型  22-25
  2.3 电子稳像主要方法  25-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章基于Harris 角点匹配的全局运动估计  30-44
  3.1 全局运动估计概述  30-31
  3.2 角点检测常用算子  31-35
    3.2.1 Moravec 角点检测算子  31-32
    3.2.2 SUSAN 角点检测算子  32-33
    3.2.3 SIFT 角点检测算子  33-34
    3.2.4 Harris 角点检测算子  34-35
  3.3 基于Harris 图像分区提取角点  35-37
  3.4 全局运动模型  37-38
  3.5 角点匹配  38-39
  3.6 角点预处理  39-40
  3.7 全局运动参数计算  40-43
  3.8 本章小结  43-44
第四章运动滤波及补偿  44-62
  4.1 引言  44
  4.2 运动滤波方法  44-50
    4.2.1 均值滤波法  45
    4.2.2 最小二乘曲线拟合法  45-46
    4.2.3 二次B 样条曲线拟合法  46
    4.2.4 卡尔曼滤波  46-50
  4.3 递归卡尔曼滤波法滤除抖动参数  50-53
  4.4 运动补偿  53-60
    4.4.1 运动补偿方式分析  53-55
    4.4.2 运动参数补偿  55-60
  4.5 无定义区域重构  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章电子稳像实验结果分析  62-71
  5.1 电子稳像算法评价  62-65
    5.1.1 稳像系统的保真度  62-64
    5.1.2 稳像系统的最大稳定范围  64
    5.1.3 稳像系统的帧处理率  64-65
  5.2 实验结果分析  65-70
    5.2.1 角点提取及匹配实验结果分析  65-66
    5.2.2 角点预处理实验结果分析  66-67
    5.2.3 全局运动估计实验结果分析  67-68
    5.2.4 抖动补偿实验结果分析  68
    5.2.5 差值图像比较  68-69
    5.2.6 视频序列帧间逼真度比较  69-70
  5.3 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 论文工作总结  71
  6.2 未来研究展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78

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