格雷码位平面和仿射变换在电子稳像中的应用

论文摘要

电子稳像是一种视频图像序列稳定技术。尤其在军事领域,已经成为有人工操作的武器装备中的一项关键技术。机载成像系统由于受载体姿态变化和震动的影响,图像序列帧间变化过大,造成观察者觉得模糊和不稳定,成为制约空中侦查、瞄准、打击效果评估等功能的瓶颈。本文对基于格雷码位平面的电子稳像算法进行了研究,这种通过位异或运算的快速运动矢量估计的过程大大减小计算复杂度,同时采用均值滤波的方法来确定各帧的补偿量,实现了图像序列帧间的平滑衔接。这种方法实时性较好,且易于硬件实现。相对于平移模型,六参数的仿射模型在描述帧间几何形变上有着更高的精度。本文提出了一种基于仿射模型的电子稳像算法。运动估计过程中的采用仿射变换获取运动参数,与基于块匹配方法相比,定位更加准确,对帧间的旋转缩放形变的适应性更强,鲁棒性更高。在本文最后对实际拍摄的图像序列进行了稳像处理实验,使用基于格雷码位平面和仿射模型的稳像算法对图像序列进行稳像,对稳像效果进行评价,分析得出两种算法的优缺点和适用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 常用的稳像算法简介
• 1.2.1 代表点匹配法（RPM）
• 1.2.2 投影算法（PRA）
• 1.2.3 特征量跟踪算法（FTA）
• 1.2.4 边缘检测匹配算法（EPM）
• 1.3 电子稳像技术中的难题评述
• 1.3.1 用于匹配的特征难以选取
• 1.3.2 随机扰动与正常扫描运动难以判断
• 1.3.3 移动物体的影响
• 1.3.4 运动矢量估计过程中的实时性要求与准确度难以平衡
• 1.4 本文的主要内容和结构安排
• 2 电子稳像中的运动补偿矢量处理方法的研究
• 2.1 运动矢量计算方法的两种方式及优缺点
• 2.2 相邻帧匹配算法分析推导
• 2.2.1 最初的矢量补偿模型
• 2.2.2 引入多矢量平均算法的运动矢量补偿模型
• 2.2.3 进一步改进的运动矢量模型
• 2.3 仿真实验结果与分析
• 2.4 本章小节
• 3 基于格雷码位平面的快速电子稳像算法
• 3.1 图像灰度的格雷码位平面分解表示法
• 3.2 基于格雷码位平面匹配的运动估计
• 3.2.1 相似性度量方法
• 3.2.2 减少采样点的三步搜索法（3SS）
• 3.3 基于均值滤波的运动恢复
• 3.3.1 全局运动估计的获取
• 3.3.2 运动补偿
• 3.4 性能仿真实验结果与分析
• 3.4.1 在多对比度下的格雷码位平面运动估计的性能
• 3.4.2 局部运动矢量性能比较
• 3.4.3 全局运动矢量性能比较
• 3.5 本章小结
• 4 基于仿射模型的电子稳像算法
• 4.1 仿射模型的基础理论
• 4.2 基于仿射模型的最佳参数搜索
• 4.3 基于仿射模型电子稳像算法实现方案
• 4.3.1 基于仿射模型的稳像算法的运动估计与补偿
• 4.3.2 仿射配准算法实现步骤
• 4.3.3 仿射模型的核心算法分析
• 4.4 性能仿真实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 5 两种电子稳像方法的实验结果与分析
• 5.1 基于格雷码位平面稳像算法仿真实验与分析
• 5.1.1 运动估计算法流程
• 5.1.2 仿真结果分析
• 5.2 基于仿射模型电子稳像算法仿真实验与分析
• 5.2.1 算法流程
• 5.2.2 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 运动矢量检测技术的发展方向
• 致谢
• 参考文献