专利名称：一种基于改进块匹配的电子稳像方法
—种基于改进块匹配的电子稳像方法技术领域
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
(I)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(I)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⑵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I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％，求取均值Zf和方差d，满足+ d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 ；
(6. 2)获取当前帧图像IQ(m，η)的补偿参数P:
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(I)包括以下步骤(1. D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。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤⑵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。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(3)中的匹配准则采用最小平均绝对差准则。
5.根据权利要求4所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(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I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。
6.根据权利要求5所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(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。
7.根据权利要求6所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(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。
8.根据权利要求7所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤(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ai;求取均值Zf和方差d，满足+ d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。
9.根据权利要求8所述的一种基于改进块匹配的电子稳像方法，其特征在于所述的步骤￠)的运动补偿的具体步骤如下(6.1)获取偏移矢量P0 ；,I 9(6.2)获取当前帧图像I。(m，η)的补偿参数p/= _ P。1-4其中，i = 1，2，...9Λ = Σρπ Pn为第η帧图像相对于第n-1帧图像的偏移矢量。n=-4 ，(6. 3)重排图像像素，实现稳像。
全文摘要
本发明属于光电技术领域，具体公开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。本发明的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，可以处理几乎任何情况下的序列图像，包括旋转、轻微畸变、背景有大面积变化以及剧烈的无规则抖动。
文档编号H04N5/21GK103024247SQ201110300029
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者王宁明, 朱振福 申请人:中国航天科工集团第二研究院二〇七所