[发明专利]一种带数字稳像功能的运动摄像机装置及数字稳像方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像数字处理领域，具体涉及一种带数字稳像功能的运动摄像机装置及数字稳像方法。

背景技术

近年来随着摄像技术的不断发展，运动摄像机已广泛应用于户外运动、生活记录、旅游观光、专业摄影、节目录制等领域。在许多应用中，运动摄像机所处的工作平台通常都是不稳定的，会导致获得的图像信息也不稳定。如通过手持、车载等得到的视频信号往往会因为摄像机的不规则运动而造成抖动。这种抖动极易引起观测者眼睛的疲劳，严重影响图像信息的进一步有效开发与利用。如何将这些视频信号转化为高质量的稳定视频具有十分重要的理论意义和实用价值。

稳像技术按其作用和原理一般可分成三种，即机械稳像，光学稳像和电子稳像。机械稳像和光学稳像都必须使用一些专用设备，如机械陀螺、伺服系统、光学元件等，使得稳像系统具有成本高、体积大等特点，在很多应用场合受到限制。而电子稳像具有低成本、小体积、开发周期短、可移植性高等优点，是目前稳像技术领域的研究热点。

电子稳像是通过获取序列图像的运动矢量对图像进行运动估计，并通过数字图像处理进行补偿的一种技术。根据获取图像运动矢量方法的不同，电子稳像主要分为两种：一种是利用传感器检测摄像机的运动矢量再转化为图像运动矢量；另一种是完全不用传感器，直接利用稳像算法求出图像运动矢量，再进行图像补偿。传感器检测的方法，是利用陀螺仪等惯性元件直接对摄像机的运动量进行检测，不受图像质量和信息的影响，不需要大量复杂的求取运算，具有检测速度快，适用范围宽的优点。但高精度的陀螺仪成本高、体积大；而体积小、成本低的微机械陀螺仪往往存在测量精度不高的问题。而稳像算法检测方法是直接对成像后的图像信息进行处理，不需要辅助设备，其核心计算是对相邻帧图像进行匹配，常用的方法有：块匹配法、位平面匹配法、灰度投影法和特征匹配法。其中匹配方式较为简单的块匹配法、位平面匹配法和灰度投影法一般只能估计平移运动，当图像存在旋转时，匹配效果较差。特征匹配法为了稳像的效果，匹配算法通常较为复杂，计算量比较大，难以在实时系统中实现。

运动摄像机为了使用方便，往往体积较小、重量较轻，不适合安装高精度的陀螺仪；而且所拍摄的视频通常被用于实时处理系统，例如目标的检测及跟踪系统。这需要稳像方法能实时对视频进行处理，不能采用较为复杂的稳像算法。现有稳像技术均不适用于运动摄像机这一应用领域。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种带数字稳像功能的运动摄像机装置及数字稳像方法，所需装置要求简单，成本较低，稳像算法部分计算复杂度不大，稳像效果较好，能够较好的处理运动摄像机拍摄的各种视频。

本发明的一种带数字稳像功能的运动摄像机装置，其特征在于，包含运动摄像模块和播放模块：所述运动摄像模块中包含陀螺仪，通过陀螺仪给每幅图像加上运动信息；所述播放模块包含稳像插播模块，稳像插播模块对视频图像进行稳像处理，输出稳定的视频图像。

具体的，所述运动摄像模块由CMOS传感器、安装陀螺仪的FPGA和压缩模块组成，通过CMOS传感器输入图像后，再通过一个安装所述陀螺仪的FPGA给每幅图像打上水印，水印信息为陀螺仪输出的角度信息，然后对图像进行压缩，输出压缩后的视频。

具体的，所述陀螺仪为低成本的微机械陀螺仪。

具体的，所述播放模块中还包含常规的播放软件，使用常规的播放软件对视频图像进行解压缩。

一种带数字稳像功能的运动摄像机装置的数字稳像方法，其特征在于：该方法包含两个步骤，一是基于陀螺仪信息的初步稳像，二是基于梯度信息的块匹配进行精确稳像。

具体的，所述基于陀螺仪信息的初步稳像包括如下步骤：

(1)将通过运动摄像机拍摄的视频进行解压缩后，获得的视频中的相邻的第k帧和第k-1帧图像，将这两帧分别设为参考帧和当前帧；

(2)当前帧图像的陀螺仪角度信息也即水印为(ω^k_x,ω^k_y)，是第k帧图像相当于第k-1帧图像的平移信息，那么第k帧图像相当于第1帧图像的平移信息为：将第k帧图像进行平移，平移矢量为其中f是焦距，即得到初步稳定的视频帧。

具体的，所述基于梯度信息的块匹配进行精确稳像包括如下步骤：

(1)对进行初步稳定后的当前帧图像和参考帧图像进行计算，分别得到对应的边缘梯度图像；

(2)将当前帧梯度图像划分成很多大小为为M×N的子图像，随机选择10个子图像，然后分别在参考帧梯度图像上计算对应的块匹配图像；