專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法
—種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法。
背景技術(shù)：
電子穩(wěn)像是一種利用高性能的圖像信號(hào)處理器，對(duì)攝像機(jī)輸入的圖像信號(hào)直接處理，利用幀間圖像內(nèi)容的差異估計(jì)攝像機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)矢量，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以穩(wěn)定序列圖像的技術(shù)。與傳統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)像和光學(xué)穩(wěn)像相比，電子穩(wěn)像的優(yōu)點(diǎn)是易于操作，硬件少、體積小、精度高、靈活性強(qiáng)、智能化程度高，一旦其關(guān)鍵技術(shù)得到突破，形成的實(shí)用裝置或產(chǎn)品， 將廣泛用于各種成像平臺(tái)，包括車(chē)載、機(jī)載和空載成像系統(tǒng)，并且在民用方面有著十分廣闊的應(yīng)用前景，如機(jī)器人、家用攝錄機(jī)、電影制作等。
電子穩(wěn)像系統(tǒng)主要是由圖像預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償三部分組成，重點(diǎn)和難點(diǎn)在于運(yùn)動(dòng)估計(jì)。目前運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法歸納起來(lái)主要有灰度投影法塊匹配法、梯度法和塊匹配法?；叶韧队胺ǖ娜秉c(diǎn)是要求圖像灰度變化豐富，不能處理具有旋轉(zhuǎn)的圖像序列。梯度法的缺點(diǎn)是在幀間位移大于5個(gè)像素的情況下匹配正確率嚴(yán)重下降。塊匹配法簡(jiǎn)單使用， 穩(wěn)定性很高，它的精度和復(fù)雜度與塊的大小、布局及搜索范圍、搜索方法有關(guān)。
目前的塊匹配法廣泛用于視頻編碼領(lǐng)域，圖像幀間運(yùn)動(dòng)矢量較小，可檢測(cè)運(yùn)動(dòng)矢量約為7個(gè)像素，而電子穩(wěn)像系統(tǒng)的相鄰幀圖像間的運(yùn)動(dòng)矢量可達(dá)40個(gè)像素，塊匹配算法顯然無(wú)能為力，同時(shí)圖像塊大小選擇也不適合電子穩(wěn)像算法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，該方法的穩(wěn)像精度可以達(dá)到亞像素級(jí)別，同 時(shí)具有很高的可靠性、穩(wěn)定性和很強(qiáng)的適應(yīng)性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，包括以下步驟
(I)圖像預(yù)處理；
(2)建立運(yùn)動(dòng)估計(jì)模型；
(3)匹配準(zhǔn)則；
(4)搜索圖像；
(5)對(duì)搜索到的圖像進(jìn)行匹配圖像塊選擇；
(6)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像。
所述的步驟(I)包括以下步驟
(1.1)檢測(cè)環(huán)境明暗的瞬時(shí)變化引起相鄰幀圖像像素強(qiáng)度的變化；
(1. 2)消除環(huán)境明暗的瞬時(shí)變化引起相鄰幀圖像像素強(qiáng)度的變化。
所述的步驟⑵包括以下步驟
(2.1)建立局部運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)的平移模型；
(2.2)建立全局運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)的仿射變換模型。
所述的步驟(3)中的匹配準(zhǔn)則采用最小平均絕對(duì)差準(zhǔn)則。
所述的步驟(4)中圖像搜索的步驟具體如下
(4.1)以中心點(diǎn)為起始點(diǎn)，按步長(zhǎng)4或5依次檢測(cè)各個(gè)搜索點(diǎn)，用步驟(3)中的匹配準(zhǔn)則做檢測(cè)判據(jù)，最小平均絕對(duì)差最小的點(diǎn)為第一步搜索的匹配點(diǎn)。
(4. 2)以第一步搜索的匹配點(diǎn)為中心點(diǎn)，以3為步長(zhǎng)，依次比較與中心點(diǎn)臨近的8 個(gè)點(diǎn)最小平均絕對(duì)差值，最小的為第二步搜索的匹配點(diǎn)。
(4. 3)以第二步搜索的匹配點(diǎn)為中心點(diǎn)，以I為步長(zhǎng)，依次比較與中心點(diǎn)臨近的8 個(gè)點(diǎn)最小平均絕對(duì)差值，最小的點(diǎn)即為最佳匹配點(diǎn)。
所述的步驟(5)中進(jìn)行匹配圖像塊選擇的具體步驟如下
(5.1)選擇圖像塊的大??；
(5.2)選擇匹配準(zhǔn)確的圖像塊。
所述的步驟(5. 2)中確定匹配準(zhǔn)確的圖像塊的具體步驟如下
(5. 2.1)在上述匹配圖像塊的選取偏移矢量相等的點(diǎn)當(dāng)圖像旋轉(zhuǎn)角度a小于等于10°，同一水平線/或垂直線上的點(diǎn)在水平/或垂直方向的偏移矢量相等；
(5. 2. 2)對(duì)上述步驟(5. 2.1)中選取的偏移矢量相等的點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找到好的匹配點(diǎn)用中心數(shù)據(jù)保留法處理得到的每一行和每一列的數(shù)據(jù)，挑出在行和列上好的匹配點(diǎn)，只有在行和列方向匹配都準(zhǔn)確的點(diǎn)才是好的匹配點(diǎn)；
(5. 2. 3)將上述步驟(5. 2. 2)得到的好的匹配點(diǎn)的坐標(biāo)帶入仿射變換模型，用正交約化的方法求解方程組的最小二乘解，再用中心數(shù)據(jù)處理法處理，得到全局運(yùn)動(dòng)矢量，則穩(wěn)像精度達(dá)到亞像素級(jí)別。
所述的步驟(5. 2. 2)中的中心數(shù)據(jù)保留法的具體步驟如下
對(duì)一組數(shù)值應(yīng)該相同的數(shù)據(jù)％，求取均值Zf和方差d，滿足+ d數(shù)值給予保留；此方法循環(huán)進(jìn)行，直至方差小于某一值，此時(shí)保留下來(lái)的數(shù)據(jù)稱(chēng)為好的數(shù)據(jù)，即這些點(diǎn)為好的匹配點(diǎn)；
若最后保留下來(lái)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)少于總數(shù)的1/3，則判定這一組數(shù)據(jù)全部是壞的數(shù)據(jù)。
所述的步驟(6)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木唧w步驟如下
(6.1)獲取偏移矢量P0 ；
(6. 2)獲取當(dāng)前幀圖像IQ(m，η)的補(bǔ)償參數(shù)P:
權(quán)利要求
1.一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，包括以下步驟(1)圖像預(yù)處理；(2)建立運(yùn)動(dòng)估計(jì)模型；(3)匹配準(zhǔn)則；(4)搜索圖像；(5)對(duì)搜索到的圖像進(jìn)行匹配圖像塊選擇；(6)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(I)包括以下步驟(1. D檢測(cè)環(huán)境明暗的瞬時(shí)變化引起相鄰幀圖像像素強(qiáng)度的變化；(1. 2)消除環(huán)境明暗的瞬時(shí)變化引起相鄰幀圖像像素強(qiáng)度的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟⑵包括以下步驟(2.1)建立局部運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)的平移模型；(2. 2)建立全局運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)的仿射變換模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(3)中的匹配準(zhǔn)則采用最小平均絕對(duì)差準(zhǔn)則。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(4)中圖像搜索的步驟具體如下(4.1)以中心點(diǎn)為起始點(diǎn)，按步長(zhǎng)4或5依次檢測(cè)各個(gè)搜索點(diǎn)，用步驟(3)中的匹配準(zhǔn)則做檢測(cè)判據(jù)，最小平均絕對(duì)差最小的點(diǎn)為第一步搜索的匹配點(diǎn)。(4. 2)以第一步搜索的匹配點(diǎn)為中心點(diǎn)，以3為步長(zhǎng)，依次比較與中心點(diǎn)臨近的8個(gè)點(diǎn)最小平均絕對(duì)差值，最小的為第二步搜索的匹配點(diǎn)。(4.3)以第二步搜索的匹配點(diǎn)為中心點(diǎn)，以I為步長(zhǎng)，依次比較與中心點(diǎn)臨近的8個(gè)點(diǎn)最小平均絕對(duì)差值，最小的點(diǎn)即為最佳匹配點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(5)中進(jìn)行匹配圖像塊選擇的具體步驟如下(5.1)選擇圖像塊的大?。?5. 2)選擇匹配準(zhǔn)確的圖像塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(5. 2)中確定匹配準(zhǔn)確的圖像塊的具體步驟如下(5. 2.1)在上述匹配圖像塊的選取偏移矢量相等的點(diǎn)當(dāng)圖像旋轉(zhuǎn)角度a小于等于 10°，同一水平線/或垂直線上的點(diǎn)在水平/或垂直方向的偏移矢量相等；(5. 2. 2)對(duì)上述步驟(5. 2.1)中選取的偏移矢量相等的點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找到好的匹配點(diǎn)用中心數(shù)據(jù)保留法處理得到的每一行和每一列的數(shù)據(jù)，挑出在行和列上好的匹配點(diǎn)， 只有在行和列方向匹配都準(zhǔn)確的點(diǎn)才是好的匹配點(diǎn)；(5. 2. 3)將上述步驟(5. 2. 2)得到的好的匹配點(diǎn)的坐標(biāo)帶入仿射變換模型，用正交約化的方法求解方程組的最小二乘解，再用中心數(shù)據(jù)處理法處理，得到全局運(yùn)動(dòng)矢量，則穩(wěn)像精度達(dá)到亞像素級(jí)別。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟(5. 2. 2)中的中心數(shù)據(jù)保留法的具體步驟如下對(duì)一組數(shù)值應(yīng)該相同的數(shù)據(jù)ai;求取均值Zf和方差d，滿足+ d數(shù)值給予保留；此方法循環(huán)進(jìn)行，直至方差小于某一值，此時(shí)保留下來(lái)的數(shù)據(jù)稱(chēng)為好的數(shù)據(jù)，即這些點(diǎn)為好的匹配點(diǎn)；若最后保留下來(lái)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)少于總數(shù)的1/3，則判定這一組數(shù)據(jù)全部是壞的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，其特征在于所述的步驟￠)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木唧w步驟如下(6.1)獲取偏移矢量P0 ；,I 9(6.2)獲取當(dāng)前幀圖像I。(m，η)的補(bǔ)償參數(shù)p/= _ P。1-4其中，i = 1，2，...9Λ = Σρπ Pn為第η幀圖像相對(duì)于第n-1幀圖像的偏移矢量。n=-4 ，(6. 3)重排圖像像素，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)一種基于改進(jìn)塊匹配的電子穩(wěn)像方法，包括以下步驟(1)圖像預(yù)處理；(2)建立運(yùn)動(dòng)估計(jì)模型；(3)匹配準(zhǔn)則；(4)搜索圖像；(5)對(duì)搜索到的圖像進(jìn)行匹配圖像塊選擇；(6)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像。本發(fā)明的方法的穩(wěn)像精度可以達(dá)到亞像素級(jí)別，同時(shí)具有很高的可靠性、穩(wěn)定性和很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以處理幾乎任何情況下的序列圖像，包括旋轉(zhuǎn)、輕微畸變、背景有大面積變化以及劇烈的無(wú)規(guī)則抖動(dòng)。
文檔編號(hào)H04N5/21GK103024247SQ201110300029
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者王寧明, 朱振福 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院二〇七所