[发明专利]基于红外热像仪的电子稳像方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子稳像领域，特别是涉及一种基于红外热像仪的电子稳像方法。

背景技术

手持式红外热像仪一般用于实现目标的观察、跟踪等任务，所以在图像的输出要求上，需要具有较好的稳定性，即在稳像上的性能要求很高。

电子稳像也叫电子防抖，一般的稳像有光学，机械和电子几种方法，但是光学和机械方法需要大量的专业设备，具有较高的成本，电子稳像虽然不需任何设备，但是目前的电子稳像的效果都比较差，不方便使用，所以人们需要更加满足要求的电子稳像方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于红外热像仪的电子稳像方法，具有可靠性能高、成本低、精度高、效果好等优点，同时在电子稳像的应用及普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种基于红外热像仪的电子稳像方法，其步骤包括：

预处理：获取红外热像仪中的图像，用中值滤波去除噪声，并采用拉普拉斯算子对图像进行锐化；

运动估计：1.读取图像的当前帧和当前帧的前一帧，并对当前帧图像和前一帧图像进行去噪和锐化；2.在前一帧图像中，采用harris角点检测方法，利用图像的灰度变化率确定角点的坐标；3.根据计算得到的前一帧图像上的角点的坐标，利用金字塔LK光流法计算当前帧图像上的角点坐标；4.获取当前帧图像和前一帧图像上的角点集合，根据前后帧对应的角点，建立两帧的映射方程，每一对匹配的角点都可以得出一个包含图像平移和旋转的运动方程，然后采取了N(N>=2)对角点，采用最小二乘法得到前后两帧图像的最优的运动估计矢量；

运动滤波：根据各个图像帧中角点的坐标以及最优的运动矢量，采用卡尔曼滤波的方法，预测当前帧图像的后一帧图像中的角点位置坐标、角点移动的速度及方向，得到平滑后的运动矢量，即图像旋转矩阵A和图像平移矩阵B；

运动补偿：1.仿射变换：获取经过运动滤波的图像帧；读取第一帧作为基准图像，将第二帧图像根据卡尔曼滤波得到的图像旋转矩阵A和图像平移矩阵B向第一帧图像做配准，并进行显示；再以配准后第二帧图像做基准，第三帧图像根据卡尔曼滤波得到矩阵A和矩阵B向第二帧图像做配准，并进行显示；按照上述步骤将所有的图像帧进行配准并显示；2. 空间变换：将图像的像素通过变换映射到了新的坐标位置，然后用灰度级的双线性插值算法对像素的新坐标位置进行计算，消除锯齿；将系统的运动速度及方向作为运动补偿的输入

图像输出：将运动补偿后输出的图像进行显示。

在本发明一个较佳实施例中，所述利用图像的灰度变化率确定角点的坐标的具体步骤包括：

A.设置角点值的阈值，利用水平和垂直差分算子对图像的每个像素进行滤波，求得像素的X轴坐标I_x和Y轴坐标I_y，进而求得坐标矩阵M中每个元素的值：

(1)

(2)

(3)

B. 利用离散二维零均值高斯函数对坐标矩阵M的四个元素进行高斯平滑滤波，得到新的坐标矩阵M1，离散二维零均值高斯函数为:

(4)

C.接下来利用M1计算每个像素的角点值cim:

(5)

D.当一个像素的角点值大于某一阈值，且同时像素的角点值是某个邻域内的局部最大值时，则这个像素确认为角点，其中，领域是指以该像素为中心点的图像区域。

在本发明一个较佳实施例中，所述利用金字塔LK光流法计算当前帧图像上的角点坐标的具体步骤包括：

对于连续两幅图像中的像素坐标集合I(x,y)和J(x,y)，特征跟踪找到像素坐标集合I(x,y)上的一点u=（Ux,Uy），并在图像J(x,y)上找到具有相似图像强度的另外一个点u+d = (Ux+dx, Uy+dy),其中d为u点的平移量。光流即为不同图像区域之间产生的最佳拟合的唯一，定义灰度时间微分 ,定义空间梯度矩阵G为：

(6)

其中，W指的是以u为中心，在图像上建立（2w_x+1，2w_y+1）的对应的区域窗口，并设误匹配矢量b为:

(7)

则由LK光流方程计算得到最优的矢量解d_opt为：

(8)。

在本发明一个较佳实施例中，所述得到角点的最优的运动矢量的具体步骤包括：

因为所述运动矢量包括图像在x轴、y轴方向上的大小以及图像的旋转角度，所以得到图像的全局运动方程为：