基于相位相关法的电子稳像算法研究

摘要

机载、船载、车载成像设备在工作的时候，由于其载体的晃动，拍摄到的视频往往存在着抖动。这些抖动会严重影响人的视觉观察，也不利于后续各种图像处理算法的进行。电子稳像技术利用数字图像处理的方法实现对视频序列的稳定，因其具有体积小、精度高、功耗低等特点，受到了国内外学者的广泛关注。
　　本文介绍了稳像技术的研究现状以及当前的主要技术难题，详细阐述了运动估计、运动滤波以及运动补偿模块的基本原理，并对每个模块的主流实现算法进行了分析与仿真，比较了每种方法的优缺点。在传统相位相关法的基础上，给出旋转及缩放系数的确定方法，并提出一种基于兴趣区域的亚像素精度确定方法，这种方法可以在不牺牲精度的前提下有效提高算法效率。为了进一步提高算法的计算效率，引入三种算法优化方案:ROI-DFT变换、FFTW函数库、图像分区并行处理，其中后两种方案都应用到了最后的硬件实现中，对算法的改进明显。对三种可能对算法鲁棒性造成影响的问题:随机噪声、频谱混叠、频谱泄露进行了分析，并提出可能的解决方案。在算法性能仿真方面，将本文设计的算法在Matlab中进行了仿真，从差值图像以及连续帧的PSNR两个角度进行了性能分析，结果表明，本文设计的算法对平移、旋转变换以及尺度变换都有比较好的识别效果，并且精度要优于其他算法。最后，在达芬奇图像处理硬件平台上实现了本文算法，对执行时间进行了测试，结果达到29帧/秒。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 稳像技术研究动态

1．2．1 稳像技术分类

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 电子稳像的主要技术难题

1．4 本文的主要工作及内容安排

2 电子稳像系统

2．1 电子稳像系统结构

2．2 全局运动模型

2．3 常用运动估计方法

2．3．1 灰度投影法

2．3．2 块匹配法

2．3．3 位平面法

2．3．4 特征匹配法

2．3．5 常用运动估计算法比较

2．4 运动滤波

2．4．1 迭代均值滤波

2．4．2 曲线拟合

2．4．3 卡尔曼滤波

2．5 运动补偿

2．5．1 固定帧和相邻帧补偿

2．5．2 图像插值算法

2．6 本章小结

3 相位相关法的实现与改进

3．1 平移运动估计

3．2 旋转及缩放系数的确定

3．3 亚像素精度的确定

3．4 卡尔曼滤波

3．5 算法计算效率的优化

3．5．1 ROI-DFT变换

3．5．2 FFTW函数库

3．5．3 图像分区并行处理

3．6 算法鲁棒性的提高

3．6．1 随机噪声

3．6．2 频谱混叠

3．6．3 频谱泄露

3．7 算法仿真与评价

3．7．1 单帧对比

3．7．2 多帧对比

3．7．3 客观评价

3．8 本章小结

4 电子稳像系统的实现

4．1 系统总体设计

4．2 硬件平台搭建

4．2．1 TMS320DM6467处理器

4．2．2 视频输入输出单元

4．2．3 I2C接口

4．2．4 输入输出选择

4．3 软件平台搭建

4．3．1 Codec Engine

4．3．2 SEED-VPM6467 SDK

4．3．3 达芬奇开发环境

4．4 电子稳像算法最终实现

4．5 本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果和参与的科研项目