[发明专利]一种基于改进块匹配的电子稳像方法

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种基于改进块匹配的电子稳像方法。 

背景技术

电子稳像是一种利用高性能的图像信号处理器，对摄像机输入的图像信号直接处理，利用帧间图像内容的差异估计摄像机平台的运动矢量，并进行运动补偿以稳定序列图像的技术。与传统的机械稳像和光学稳像相比，电子稳像的优点是易于操作，硬件少、体积小、精度高、灵活性强、智能化程度高，一旦其关键技术得到突破，形成的实用装置或产品，将广泛用于各种成像平台，包括车载、机载和空载成像系统，并且在民用方面有着十分广阔的应用前景，如机器人、家用摄录机、电影制作等。 

电子稳像系统主要是由图像预处理、运动估计和运动补偿三部分组成，重点和难点在于运动估计。目前运动估计算法归纳起来主要有：灰度投影法块匹配法、梯度法和块匹配法。灰度投影法的缺点是要求图像灰度变化丰富，不能处理具有旋转的图像序列。梯度法的缺点是在帧间位移大于5个像素的情况下匹配正确率严重下降。块匹配法简单使用，稳定性很高，它的精度和复杂度与块的大小、布局及搜索范围、搜索方法有关。 

目前的块匹配法广泛用于视频编码领域，图像帧间运动矢量较小，可检测运动矢量约为7个像素，而电子稳像系统的相邻帧图像间的运动矢量可达40个像素，块匹配算法显然无能为力，同时图像块大小选择也不适合电子稳像算法。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进块匹配的电子稳像方法，该方法的稳 像精度可以达到亚像素级别，同时具有很高的可靠性、稳定性和很强的适应性。 

实现本发明目的的技术方案：一种基于改进块匹配的电子稳像方法，包括以下步骤： 

(1)图像预处理； 

(2)建立运动估计模型； 

(3)匹配准则； 

(4)搜索图像； 

(5)对搜索到的图像进行匹配图像块选择； 

(6)运动补偿，实现稳像。 

所述的步骤(1)包括以下步骤： 

(1.1)检测环境明暗的瞬时变化引起相邻帧图像像素强度的变化； 

(1.2)消除环境明暗的瞬时变化引起相邻帧图像像素强度的变化。 

所述的步骤(2)包括以下步骤： 

(2.1)建立局部运动矢量时的平移模型； 

(2.2)建立全局运动矢量时的仿射变换模型。 

所述的步骤(3)中的匹配准则采用最小平均绝对差准则。 

所述的步骤(4)中图像搜索的步骤具体如下： 

(4.1)以中心点为起始点，按步长4或5依次检测各个搜索点，用步骤(3)中的匹配准则做检测判据，最小平均绝对差最小的点为第一步搜索的匹配点。 

(4.2)以第一步搜索的匹配点为中心点，以3为步长，依次比较与中心点临近的8个点最小平均绝对差值，最小的为第二步搜索的匹配点。 

(4.3)以第二步搜索的匹配点为中心点，以1为步长，依次比较与中心点临近的8个点最小平均绝对差值，最小的点即为最佳匹配点。 

所述的步骤(5)中进行匹配图像块选择的具体步骤如下： 

(5.1)选择图像块的大小； 

(5.2)选择匹配准确的图像块。 

所述的步骤(5.2)中确定匹配准确的图像块的具体步骤如下： 

(5.2.1)在上述匹配图像块的选取偏移矢量相等的点：当图像旋转角度a小于等于10°，同一水平线/或垂直线上的点在水平/或垂直方向的偏移矢量相等； 

(5.2.2)对上述步骤(5.2.1)中选取的偏移矢量相等的点进行数据处理，找到好的匹配点：用中心数据保留法处理得到的每一行和每一列的数据，挑出在行和列上好的匹配点，只有在行和列方向匹配都准确的点才是好的匹配点； 

(5.2.3)将上述步骤(5.2.2)得到的好的匹配点的坐标带入仿射变换模型，用正交约化的方法求解方程组的最小二乘解，再用中心数据处理法处理，得到全局运动矢量，则稳像精度达到亚像素级别。 

所述的步骤(5.2.2)中的中心数据保留法的具体步骤如下： 

对一组数值应该相同的数据a_i，求取均值 和方差d，满足 数值给予保留；此方法循环进行，直至方差小于某一值，此时保留下来的数据称为好的数据，即这些点为好的匹配点； 

若最后保留下来的数据个数少于总数的1/3，则判定这一组数据全部是坏的数据。 

所述的步骤(6)的运动补偿的具体步骤如下： 

(6.1)获取偏移矢量p₀；