[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于分區(qū)匹配和仿射模型相結(jié)合的圖像去旋穩(wěn)像方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310361439.2
• 申請(qǐng)日: 2013-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103402045A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李吉成;魯新平;羅宇謙;余知音;寧平;張凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙超創(chuàng)電子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04N5/21
• 分類(lèi)號(hào): H04N5/21;G06T7/20
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于分區(qū)匹配和仿射模型相結(jié)合的圖像去旋穩(wěn)像方法，其特征在于，在攝像機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，基于光學(xué)傳感器進(jìn)行光學(xué)圖像序列獲取，同時(shí)還包括以下四步：

第一步，參考幀、當(dāng)前幀的圖像直方圖均衡化處理：首先計(jì)算參考幀、當(dāng)前幀的圖像直方圖，分別對(duì)參考幀、當(dāng)前幀的圖像直方圖進(jìn)行均衡化處理，把已知灰度概率分布的參考幀、當(dāng)前幀圖像，變換成具有均勻灰度概率分布的新圖像；

第二步，分區(qū)匹配的區(qū)域選擇：選擇十字分布的四個(gè)區(qū)域和圖像中心區(qū)域作為運(yùn)動(dòng)估計(jì)的匹配區(qū)域；

第三步，建立仿射變換模型，求解當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)矢量

(1)構(gòu)建圖像仿射運(yùn)動(dòng)模型

????圖像在二維坐標(biāo)平面內(nèi)點(diǎn)（x_i,y_i)繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)θ角，得到點(diǎn)（x_i,y_i)的變換公式如下

；

如果原點(diǎn)還有平移運(yùn)動(dòng)則用下面的變換公式來(lái)描述，假設(shè)△x和△y分別為該點(diǎn)在水平和垂直方向的位移量；則：

；

在旋轉(zhuǎn)角度較小的時(shí)候化簡(jiǎn)為式

；

其中：θ≈sinθ,cosθ≈1；θ為正數(shù)，表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；θ為負(fù)數(shù)，則是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；

(2)?區(qū)域圖像灰度投影與相關(guān)匹配計(jì)算

對(duì)每一幀待處理的二維區(qū)域圖像進(jìn)行處理，映射成兩個(gè)獨(dú)立的一維矢量；采用歸一化行投影和列投影兩種方式；

歸一化列投影算法如下：?

；

式中為第k幀圖像第m區(qū)域中第j列的灰度值，m=0,1,2,3,4,5；是第k幀圖像第m區(qū)域上（i,j)位置處的像素值；M、N分別為圖像行數(shù)和列數(shù)；

?同理，歸一化行投影算法為：?

；

式中為第k幀圖像第m區(qū)域中第i行的灰度值，m=0,1,2,3,4,5；是第k幀圖像第m區(qū)域上（i,j)位置處的像素值；M、N分別為圖像行數(shù)和列數(shù)；

?相關(guān)匹配計(jì)算：將當(dāng)前幀待處理圖像區(qū)域的列投影與參考幀對(duì)應(yīng)圖像區(qū)域的列投影作互相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)值曲線的唯一波峰所在位置，確定當(dāng)前圖像相對(duì)參考幀圖像的行偏移量；同理，將當(dāng)前幀待處理圖像區(qū)域的行投影與參考幀對(duì)應(yīng)圖像區(qū)域的行投影作互相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)值曲線的波峰所在位置，確定當(dāng)前圖像相對(duì)參考幀圖像的列偏移量；

（3）計(jì)算當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)矢量

基于運(yùn)動(dòng)載體的光學(xué)圖像序列，連續(xù)兩幀間旋轉(zhuǎn)角度θ及平移矢量較小，且?guī)g圖像灰度變化也不大，因此為了滿足實(shí)時(shí)要求，做如下合理假設(shè)：匹配區(qū)域的長(zhǎng)和寬遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)和平移量，圖像中在垂直方向上的匹配區(qū)域忽略Y方向的平移運(yùn)動(dòng)，在水平方向上的匹配區(qū)域忽略X方向上的平移運(yùn)動(dòng)；因此，對(duì)上下兩個(gè)匹配區(qū)域只做列投影以及列投影相關(guān)，計(jì)算出兩個(gè)匹配塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)矢量；對(duì)左右兩個(gè)匹配區(qū)域只做行投影以及行投影相關(guān)，計(jì)算出兩個(gè)匹配區(qū)域在垂直方向的運(yùn)動(dòng)矢量；根據(jù)這四個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)圖像的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；利用圖像中心匹配區(qū)域的平移運(yùn)動(dòng)矢量代表整幅圖像的平移運(yùn)動(dòng)矢量，并修正上述四個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，經(jīng)補(bǔ)償后只剩下旋轉(zhuǎn)矢量，并且旋轉(zhuǎn)中心在圖像中心；最后，根據(jù)公式3計(jì)算當(dāng)前幀圖像旋轉(zhuǎn)角度值；

第四步，建立kalman濾波模型，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前幀位移矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

光學(xué)圖像序列的運(yùn)動(dòng)矢量包含期望的主觀運(yùn)動(dòng)和不期望的隨機(jī)抖動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行處理以去除隨機(jī)抖動(dòng)，同時(shí)保留圖像的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，輸出穩(wěn)定的圖像序列；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法是：通過(guò)對(duì)當(dāng)前幀位移信號(hào)X(k),Y(k),θ(k)進(jìn)行Kalman濾波，濾除隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，保留圖像的真實(shí)運(yùn)動(dòng)；如果X(k),Y(k),θ(k)的Kalman濾波結(jié)果記為則當(dāng)前幀圖像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償參數(shù)為：

；

根據(jù)對(duì)當(dāng)前幀圖像進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前幀圖像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。