基于全景攝像系統(tǒng)的電子穩(wěn)像技術(shù)研究.pdf

1、本文主要研究了應(yīng)用于全景攝像系統(tǒng)之中的電子穩(wěn)像方法,內(nèi)容涵蓋原理探討、算法分析、實時電子穩(wěn)像算法構(gòu)建、穩(wěn)像系統(tǒng)實現(xiàn)和試驗論證等方面,取得了一系列成果,部分成果對于實時電子穩(wěn)像技術(shù)的發(fā)展有影響作用,為全景攝像系統(tǒng)視頻圖像序列電子穩(wěn)像的工程化實現(xiàn),打下了理論基礎(chǔ)。
　　 全景攝像系統(tǒng)是一種具備近360度的攝像視角,由于全景圖像序列不適合觀察,所以必須把全景圖像序列解算成客觀現(xiàn)實的原始圖像序列,然后對其穩(wěn)像研究。本文深入分析和研究了全

2、景圖像的解算算法與穩(wěn)像的實現(xiàn)方法,詳細(xì)分析了圖像序列間產(chǎn)生差異的原因,明確了電子穩(wěn)像的必要性。闡述了電子穩(wěn)像基本原理、基本方法和處理過程,并討論其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。提出實時電子穩(wěn)像算法的要求,并分析了目前國內(nèi)外電子穩(wěn)像常見算法的特點。
　　 對全景攝像系統(tǒng)電子穩(wěn)像的一個核心模塊圖像預(yù)處理進(jìn)行深入研究,從柱面展開、灰度處理、濾波和直方圖均衡化幾個方面對全景圖像進(jìn)行預(yù)處理,使運動估計的準(zhǔn)確性更高。
　　 對全景攝像系統(tǒng)電子穩(wěn)像

3、的核心模塊之一運動估計進(jìn)行深入研究,對幾種常用的運動估計方法進(jìn)行分析,找出各自算法的特點,對比各種算法優(yōu)缺點,分析實時電子穩(wěn)像的特點,明確全景攝像系統(tǒng)運抵估計算法的要求,最后選取灰度投影算法為全景攝像系統(tǒng)運動估計算法的基礎(chǔ),當(dāng)圖像序列中有運動物體存在時,灰度投影算法可能會出現(xiàn)誤判的情況,圖像的投影值會受到運動物體的影響,從而導(dǎo)致穩(wěn)像精度下降。為了提高有運動物體出現(xiàn)時的穩(wěn)像精度,針對全景攝像系統(tǒng)特點和成像原理,在普通灰度投影算法的基礎(chǔ)上改

4、進(jìn),采用了適應(yīng)全景攝像系統(tǒng)的分塊灰度投影算法,把每幀圖像都分成3塊,提高了穩(wěn)像系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
　　 對全景攝像系統(tǒng)電子穩(wěn)像的核心模塊之一運動補償模塊進(jìn)行研究,對幾種常用的運動補償方法進(jìn)行分析,得到各自算法的特點,分析各種算法優(yōu)缺點,考慮到全景攝像系統(tǒng)的實際情況,全景圖像展開后圖像的偏差不明顯,且全景攝像系統(tǒng)電子穩(wěn)像對實時性的要求,本文選用固定幀補償法為基礎(chǔ)。針對固定幀補償方法的缺陷,如果同時存在采集設(shè)備的掃描運動,經(jīng)過若干幀后,

5、當(dāng)前幀和參考幀之間的重疊部分將會越來越小,由于糾偏范圍的限制,可能無法計算出準(zhǔn)確的運動矢量值,而且,當(dāng)偏移量較大時,在補償時產(chǎn)生的圖像邊緣信息的損失將無法彌補,最終導(dǎo)致結(jié)果圖像與實際圖像相差很大,脫離了真實場景。為此,對固定幀補償法進(jìn)行改進(jìn),每隔一定的30幀重新選取一次參考幀,以保證結(jié)果圖像能夠跟隨真實掃描場景,這樣可以保證在每一個更新周期內(nèi),圖像是清晰穩(wěn)定的。
　　 為了提高數(shù)字穩(wěn)像的快速性,并且使算法的實現(xiàn)簡單易行,讓算法的

6、時間復(fù)雜度與冗余度降到最低。本文采用一種快速電子穩(wěn)像算法,并采用相應(yīng)的預(yù)處理辦法使此算法能準(zhǔn)確處理圖像,拓寬了灰度投影算法的使用范圍。借助于當(dāng)前剛剛興起的OpenCV平臺進(jìn)行實現(xiàn)。OpenCV是Intel開源計算機視覺庫。它集成了大量的圖像處理和計算機視覺方面的通用算法。本算法通過全景攝像系統(tǒng)所攝取的圖像序列進(jìn)行試驗,證明該算法具有實時性高、快速等特點。
　　 該系統(tǒng)的硬件由全景裝置、CCD、圖像采集卡和計算機構(gòu)成,軟件編程基于