[发明专利]一种基于颜色恒量和几何不变特征的视频稳像方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种基于颜色恒量和几何不变特征的视频稳像方法。

背景技术

由于摄像载体的震动，摄像机拍摄的视频会产生抖动。如摄像机固定在建筑物、交通工具上，安装在带电机的设备上，或是手持摄像设备，这些载体都存在震动，带动摄像机镜头，使得拍摄的视频画面产生抖动。在使用高倍镜头情况下，轻微的震动都会引起图像的剧烈抖动，造成视频不稳定和模糊，严重影响视频质量，使观察者产生视觉疲劳乃至误判，同时也给图像后处理带来困难。视频稳像就是通过技术处理，消除由摄像机抖动引起的视频图像异常，如平移、旋转、缩放等，使原来抖动视频变得平稳，提高图像序列的平滑度和稳定性，从而提高视频图像质量，也为图像后处理提供前提和基础。

稳像技术经历了机械稳像、光学稳像和电子稳像三个发展阶段，其中电子稳像是一种新兴技术，是现代稳像技术的主要发展方向。电子稳像技术采用数字图像处理算法设计直接确定图像序列之间的映射关系，通过计算机程序消除抖动，得到稳定图像序列。与前两种方法相比，电子稳像系统具有操作简单、精度高、灵活性强、体积小、重量轻、能耗低以及智能化、实时处理等优点，在工业、商业和军事等领域具有广阔的应用前景。

电子稳像主要包括运动估计和运动补偿两个过程，根据一定的算法对视频图像进行抖动运动矢量估计，再通过抖动运动矢量对其补偿获得稳定图像，因此，运动估计的结果将直接影响稳像的性能。已有很多文献提出各种帧间运动估计算法，主要有基于块匹配（如基于简易快速全局运动参数估计的实时视频稳像方法，专利号为CN201010179280）、灰度投影算法（如一种机载视频稳像方法，专利号为CN20121011222）、基于位平面匹配（如一种基于fpga平台的快速位平面电子稳像方法，专利号为CN201310076351）、基于光流（如文献：Chang J Y,Hu W F,Cheng M H,et al.Digital image translational and rotational motion stabilization using optical flow technique.Consumer Electronics,IEEE Transactions on,2002）、相位相关法（如文献：Erturk S.Digital image stabilization with sub-image phase correlation based global motion estimation.Consumer Electronics,IEEE Transactions on,2003）以及基于特征匹配的算法等。

最近的运动估计研究主要采用基于特征匹配的算法，因为这类算法具有平移、旋转、尺度不变性，性能更加高效、稳健，且能满足实时处理的要求。如文献（R.Hu,R.Shi,I.Shen,et al,"Video stabilization using scale-invariant features",Information Visualization,2007.IV'07.11th Inter,2007）对灰度图像序列提取SIFT特征，进行摄像机运动估计，通过高斯核滤波和抛物线拟合进行摄像机抖动估计，实现了视频稳像；基于特征匹配的电子稳像方法（专利号为CN201110178881）采用Harris角点提取算法和RANSAC算法进行匹配，得到全局运动矢量和局部运动矢量，进而通过运动补偿实现稳像；文献（K.Huang,Y.Tsai,C.Tsai,et al,"Video stabilization for vehicular applications using SURF-like descriptor and KD-tree",Image Processing(ICIP),201017th IEEE Internation,2010）对灰度图像序列提取了Harris角点，用SURF-like描述子表达特征，并用KD-tree进行特征匹配，进而通过运动估计和运动补偿实现了稳像；文献（Wang,Yue,et al."Real-Time Video Stabilization for Unmanned Aerial Vehicles."MVA,2011）对灰度图像序列提取了FAST角点并进行特征匹配，获取了运动矢量并进行运动补偿，实现了视频稳像。