[發明專利]一種基于船舶運動姿態預報的船載視頻穩像方法

在審

• 申請號: 201310484497.4
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103516960A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 傅薈璇;王宇超;張紅梅;鄭秀麗;陳明杰;劉洪丹;趙凱岐;陳永昕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04N5/21
• 分類號: H04N5/21;H04N5/14
• 代理公司: 哈爾濱市船大專利事務所 23201
• 代理人: 張貴豐

技術領域

本發明涉及一種基于船舶運動姿態預報的船載視頻穩像方法。

背景技術

船載光電成像系統，由于作用距離遠，受其載體（船舶）姿態變化和振動的影響，圖像序列幀間變化大，造成圖像模糊、不穩定。這些不穩定的視頻圖像序列，存在諸多不利后果：武器性能下降；人工觀察困難，并極易引起視覺疲勞，導致漏判和誤判；圖像細節不能清晰表達，導致圖像處理算法難度加大；不利于后端的數字視頻記錄設備的存儲，壓縮比降低；對從圖像中獲取信息的視覺應用產生不利影響，如運動目標的識別變得困難，目標的跟蹤也會受到影響，甚至導致丟失目標。因此，對于這種船載光電成像系統存在不規則運動的視頻序列，有必要進行穩像處理，去除不必要的隨機抖動干擾，以利于諸如監視、目標檢測、識別和跟蹤等后續視頻處理。利用船舶成像系統對海面上遠距離目標進行實時的偵察觀測時，需采用長焦距鏡頭，但是焦距越長，攝像機微小晃動對獲取圖像序列的穩定性影響越大，同時作為攝像系統載體的船舶受海浪影響，姿態變化很大，使圖像序列晃動更加突出。因此，對船載成像系統的視頻圖像序列進行穩像變得尤為重要。

若攝像系統平臺不穩定，同一物體就會成像在圖像不同的區域，在監視器上看圖像就會變得模糊。這時候需要利用一定的匹配準則，找到參考幀和當前幀中對應的匹配塊，確定圖像運動矢量。然后對圖像運動矢量進行分析和處理，計算圖像補償矢量，向相反的方向移動當前幀像素，使其與前一幀圖像重合，達到圖像補償的目的，輸出穩定的圖像序列。由此可見，快速準確的運動估計算法是穩像系統的核心，它占據了穩像系統的主要運算時間，決定了穩像系統的速度和精度。現有的穩像算法是根據已波動的視頻估計圖像的運動矢量進行計算，算法復雜，缺少實時性，圖像的運動矢量補償存在滯后的問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于船舶運動姿態預報的船載視頻穩像方法，有效解決圖像的運動矢量補償存在滯后的問題。

實現本發明目的技術方案：

一種基于船舶運動姿態預報的船載視頻穩像方法，其特征在于：

步驟1：對船舶運動姿態進行預報，獲得船舶運動矢量預報數據；

步驟2：根據船舶運動矢量預報數據，計算得到圖像的運動矢量數據；

步驟3：根據獲得的圖像運動矢量數據，提前計算出圖像補償矢量，對圖像逐幀進行運動補償。

步驟1中，采用基于粒子群-最小二乘支持向量機的預測方法對船舶運動姿態進行預報。

步驟2中，設(x₀,y₀)為參考幀圖像中目標的直角坐標系坐標，其極坐標為(r₀,θ₀)；(x_k,_yk)為第k幀圖像中目標的直角坐標系坐標，其極坐標為(r_k,θ_k)，則第k幀圖像的運動矢量(Δx,Δy,Δθ)由船舶的艏搖角、橫搖角和縱搖角獲得，其中，Δx＝r_k-r₀對應船舶的艏搖角，Δ_y＝(r_k-r₀)θ₀對應船舶的橫搖角，Δθ＝θ_k-θ₀對應船舶的縱搖角。

步驟3中，選取視頻的起始幀作為基準圖像，以基準圖像作為起始時刻，根據獲得的圖像補償矢量，逐幀進行運動補償，并且每10幀采用1次起始幀。

本發明具有的有益效果：

本發明根據船舶運動矢量預報數據，計算得到圖像的矢量運動預報數據；根據獲得的圖像矢量運動數據，可提前計算出圖像補償矢量，對圖像逐幀進行運動補償，增強穩像算法的實時性，有效解決傳統方法根據已波動的視頻估計圖像的運動矢量存在滯后的問題。

本發明基于粒子群-最小二乘支持向量機的預測方法對船舶運動姿態進行預報，可提高船舶運動姿態預報精度，提高船載電子穩像圖像運動矢量估計準確性，提高視頻穩像質量。

本發明選取視頻的起始幀作為基準圖像，以基準圖像作為起始時刻，根據獲得的圖像矢量運動預報數據，逐幀進行運動補償，并且每10幀采用1次起始幀，避免一直采用穩定幀做補償，使得補償后的圖像信息損失逐漸增多，產生錯誤累積的問題，提高穩像質量。

附圖說明

圖1是本發明視頻穩像方法流程圖；

圖2是目標參數變化與船體運動之間關系圖；

圖3是穩定前后圖像序列的峰值信噪比比較圖。

具體實施方式