[发明专利]复合MEMS-IMU的电子稳像装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域中一种将MEMS-IMU与图像信息融合的电子稳像装置。

背景技术

稳像技术广泛应用于机器人远程遥控系统、观瞄系统、视频监控系统以及图像导航 系统等,是目标检测与跟踪的关键预处理技术,是移动成像系统不可缺少的一种重要视频增强 技术。获取稳定清晰的视频输出对其后续工作的展开具有重要意义。摄像系统的工作环境很 多时候不可控，不可避免的受到载体振动的影响，造成对视频图像不稳定的抖动干扰，比如 安装在车辆、飞机、舰船等运动跟踪系统的摄像装置，因载体姿态变动受到振动干扰，造成 拍摄的图像模糊不清，可能导致目标识别时产生虚警和漏警或更严重的后果；有效消除因摄 像装置抖动而造成的图像抖动，同时又能保留其固有的正常运动，且不降低视频图像的质量， 是视频图像稳像领域的关键。稳像技术的发展经历了机械稳像,光学稳像和电子稳像三大阶 段。机械稳像是将摄像机固定在稳定伺服平台上，通过伺服控制转动平台达到稳像效果，其 精度要受到系统精度的影响，控制系统复杂；光学稳像是通过光路中光学元件对扰动进行补 偿，使入射光线照在CCD或红外传感器的相同的位置上，这种方式对制造技术要求较高、 结构复杂以及成本较高；电子稳像技术的研究始于20世纪80年代中期，电子稳像是集电子 学、计算机、图像识别等技术于一体，直接确定图像序列帧间映射关系并进行补偿的新一代 序列图像稳定技术，旨在消除视频序列中的随机运动。与传统的机械和光学稳像系统相比， 电子稳像系统具有易于操作、稳像精度高、体积小、重量轻、能耗低以及高智能化的实时处 理等优点，利用电子稳像技术实现视频图像序列稳定是现代稳像技术的发展方向之一。商用 摄像机、监视器的嵌入式电子稳像系统也成为目前电子稳像技术的研究热点。

电子稳像系统结构主要由运动估计、运动滤波和图像补偿等三大模块组成。电子稳 像的运动估计是指图像帧间全局运动的估计，运动估计约占整个稳像过程计算量的70％以上。 帧间全局运动向量包括抖动分量和相机主动运动分量，将抖动分量分离出来的过程即是运动 滤波。运动滤波的原理主要基于两种方式，一种是将抖动看作噪声干扰，采用低通FIR滤 波器、卡尔曼滤波器等；另一种是从运动学角度分析，应用曲线拟合模拟出一条光滑路径， 作为相机扫描运动的轨迹。图像补偿是根据分离出的抖动运动向量对每帧图像做几何变换。 新图像帧中的像素值需要通过灰度插值确定，常用插值方法有最近邻插值、双线性插值和立 方卷积插值。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单，成本低，稳像精 度高，抗干扰能力强，图像处理运动估计运算量小的电子稳像装置，并且能够具备比常规单 一依靠图像信息处理的电子稳像装置更强的适应能力。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种复合MEMS-IMU的电子稳像装置， 包括光学镜头1、图像传感器2、图像传感器读出电路3、信号处理器4和MEMS-IMU5， 其特征在于：图像传感器读出电路3、信号处理器4和MEMS-IMU5构成一体电路组件6； 图像传感器2将光学镜头1入射的光信号转化为电信号，输送至读出电路3输出原始视频图 像数据；信号处理器4在图像电子稳像的信号处理中，融入MEMS-IMU的惯性测量信息， 将上述原始视频图像数据和MEMS-IMU5输出的惯性测量数据进行融合，利用MEMS- IMU5信息解算出摄像机的运动向量,通过自适应卡尔曼滤波分离出抖动分量,对原始视频数 据进行运动补偿输出稳定的视频数据。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构简单，成本低。本发明将读出电路3、信号处理器4和MEMS-IMU5与电路组件6构成 一体，结构简单，并将光学镜头1、图像传感器2和电路组件6装配成为整体固件，安装在 摄像机9的内框架上，确保图像传感器2与MEMS-IMU5能够保持固定的坐标连接关系， 所构成的复合MEMS-IMU电子稳像装置成本低。通过MEMS-IMU和图像这两类异质传感 器的信息融合，具备比常规单一依靠依靠图像信息稳像的或机械稳像的稳像装置更强的处理 能力，可以有效解决单纯靠图像信息难以克服的景深、旋转、误差累计等技术难题；同时有 效解决了单一机械稳像装置面临的控制系统复杂、结构复杂、高成本等问题。