本文關(guān)鍵詞：基于特征提取與匹配的車載電子穩(wěn)像方法研究　出處：《中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：車輛行駛產(chǎn)生的顛簸、晃動,會嚴重影響車載拍攝系統(tǒng)采集視頻的質(zhì)量,不利于圖像中決策信息的觀察和判讀。為消除視頻抖動、改善視頻質(zhì)量,對模糊圖像進行快速有效的抖動補償和平滑穩(wěn)定處理,有理論和現(xiàn)實的迫切需要。本文主要針對車載平臺拍攝視頻抖動模糊的問題,結(jié)合車載平臺應(yīng)用的特點,介紹了攝像系統(tǒng)的成像原理和運動方式,分析了模糊視頻序列的成因,對車載電子穩(wěn)像方法的關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)階段電子穩(wěn)像方法存在的問題進行了深入的研究。并針對車載平臺設(shè)備處理器能力有限且具有實時視頻處理的要求的特點,設(shè)計了高速有效的電子穩(wěn)像方法,實現(xiàn)了抖動視頻的穩(wěn)定處理。本文主要研究工作和研究成果如下:1.對車載平臺的特點和車載電子穩(wěn)像系統(tǒng)的機理進行了詳細的分析。首先分析了攝像系統(tǒng)晃動對像面的影響,然后介紹了二維圖像中不同運動形式的坐標變換模型,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了仿射變換中全局運動矢量估計算法的單應(yīng)性矩陣。并重點討論了電子穩(wěn)像方法中的關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)階段穩(wěn)像方法中存在的主要問題。2.在車載平臺的穩(wěn)像技術(shù)中,深入研究了基于特征提取與匹配的去抖動方法,分析了穩(wěn)像算法的實時性和有效性之間的矛盾關(guān)系。由于車載平臺對實時性要求更為嚴格,選取了基于二值特征提取與匹配的穩(wěn)像方法。針對二值特征類算法普遍存在魯棒性不強、誤匹配率高的問題,提出了一種亮度信息與梯度極值相結(jié)合的特征提取策略,并在預(yù)處理階段采用了非線性擴散濾波建立尺度空間來銳化圖像中的邊緣信息。通過亮度信息快速分割潛在特征角點,再計算其周圍像素區(qū)域內(nèi)的梯度變化,進而快速識別出強顯著性的特征角點,提高特征提取方法的效率。實驗表明,采用該方法提取到的特征點更易分布在兩種景物的交界處,不易發(fā)生扭曲形變或消失,表現(xiàn)出具有良好的辨識度,有效地改善了算法的魯棒性,適應(yīng)全天候多種場景視頻拍攝的穩(wěn)像設(shè)計。3.針對車載平臺計算能力有限且車載設(shè)備僅具有俯仰、方位兩自由度的特點,提出了一種由廣及深的二值特征描繪方法以增強描繪器之間的差異性,增設(shè)描繪器亮度比對的閾值,進一步提高描繪器自顯著的特性,并去除了基于特征提取與匹配類算法描繪器的旋轉(zhuǎn)不變特性。實驗表明,采用該方法在滿足實時性的條件下,有層次地建立了特征量與周圍像素區(qū)域的聯(lián)系,顯著地增強了二值特征類算法的有效性。4.針對需要進行指定區(qū)域長時間目標監(jiān)控的場景,結(jié)合車載移動設(shè)備鏡頭光圈較小且焦距有限的特點,設(shè)計了可適用于以小幅度動作和小范圍變化為主要運動狀態(tài)的基于目標運動軌跡的穩(wěn)像方法。首先,在特征描繪階段通過采用亮度信息進行特征的快速分割并建立強顯著性的二值特征描繪器。然后,在特征選擇階段提出一種稀疏搜索模板,進一步提高算法執(zhí)行效率。最后,建立存儲目標初始信息的靜態(tài)庫與不斷更新目標外觀或運動變化信息的動態(tài)庫,通過對比靜、動態(tài)庫與搜索模板區(qū)域中的信息,確立感興趣目標位置,建立參考監(jiān)控目標位置變化軌跡的穩(wěn)像方法。實驗結(jié)果表明,提出的穩(wěn)像方法可有效地改善目標信息提取的準確度,能夠進行長時間監(jiān)控目標位置并輸出穩(wěn)定的視頻序列。5.在IOS和安卓嵌入式系統(tǒng)中,設(shè)計并構(gòu)建了一種適合移動智能設(shè)備的穩(wěn)像系統(tǒng)。針對移動智能設(shè)備嚴格實時性的要求,通過灰度圖像亮度比對進行特征的快速分割,采用能夠快速描繪與匹配的二值特征描繪器建立特征與周圍區(qū)域的聯(lián)系。然后,為提高穩(wěn)像算法準確性,采用特征位置復(fù)驗的方法,通過增加對特征點匹配對相應(yīng)位置的限定,可實現(xiàn)剔除遠位上的錯誤匹配特征點對和改善動目標上的局部運動影響全局運動矢量估計準確度的問題。實驗證明,提出的方法在智能移動設(shè)備處理器的計算能力有限且具有高實時性要求的條件下,展現(xiàn)了良好的魯棒性,可適用于有限計算能力的移動智能設(shè)備。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

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本文編號：1308537