[发明专利]一种匹配块分级的实时电子稳像方法

说明书

技术领域

 本发明属于数字图像处理技术领域，具体涉及一种实时电子稳像方法。

背景技术

 稳像技术在军事侦察、民用航测中具有广泛的应用。与传统的光学稳像、机电结合的稳像方法相比，利用纯数字图像处理的方式确定图像序列的帧间偏移并进行补偿，对视频进行电子稳像处理具有易于操作、更精确、更灵活、体积小、价格低、能耗小、高智能化等特点。特别是随着计算机技术和大规模集成电路技术的迅猛发展，计算机产品的性能迅速提高，采用电子稳像技术非常便于实现设备的小型化和轻量化。利用纯数字图像处理的方法进行视频图像增稳是当前稳像技术发展的趋势。

在电子稳像处理中，全局运动估计的计算量可占全部计算量的90%，故快速而准确地检测出图像序列的帧间运动是实现稳像的关键。目前图像序列的帧间运动估计算法主要包括光流法、相位法、块匹配法、特征法等。光流法与相位法计算量大，难以保证实时性；块匹配法受搜索策略和匹配准则影响，稳像效果参差不齐；特征法提取图像中明显特征进行匹配，对图像的特征敏感；位平面匹配法计算量较小，运动估计较准确，是一种有效的运动估计算法，但也存在不足之处。

传统位平面的构造将一幅灰度图像的每个比特视为一个二值位平面，例如8位灰度图像，其任一像素点的灰度值可以表示为：

其中F(x,y)表示图像中(x,y)像素的灰度值，a₇，a₆……a₀，为布尔型变量。全部图像信息分布在8个位平面上，每一个位平面仅包含图像的部分信息。按这种表示方法，会出现灰度只差一级而八个位平面的数值却各不相同的情况，故图像匹配前需要对图像进行格雷码(Gray Code)增强。格雷码增强的公式为：

（2）

在传统位平面匹配算法的匹配中只用到了一个位平面，仅利用了图像的部分信息，故选取一个适当的位平面进行估计非常重要。为减少计算量，实时数字稳像应用中通常把位平面分块，选取其中若干块分别匹配，得到各匹配块的局部运动矢量，再由各局部运动矢量估算全局运动矢量。匹配块中存在前景目标或噪音时各匹配块的匹配结果通常不同，会导致全局运动矢量的误估计，对运动补偿产生不利影响。

传统位平面匹配算法构造位平面时常抛弃大量图像信息，各匹配块匹配结果存在差异时也难于得出准确的全局运动矢量。另外，由于电子稳像的基本原理为像移补偿原理，即通过当前帧成像的偏移补偿来消除或削弱视频的帧间抖动。在这一条件下，不可避免地需要为当前帧预留补偿区域，造成了有效视场的损失。

在此背景下，需要对传统的基于位平面的电子稳像算法进行改进，得出一种实时性好、对图像信息利用率高、对前景目标的运动抗干扰能力强、有效视场损失小的电子稳像方法。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的基于位平面的电子稳像方法中的不足：构造位平面时常抛弃大量图像信息；各匹配块匹配结果存在差异时难于得出准确的全局运动矢量；有效视场损失。提供一种匹配块分级的实时电子稳像方法，该方法可以做到实时电子稳像，抗干扰能力强，稳像效果良好。

为达到上述的发明目的，本发明的技术方案具有如下步骤：

第一步，图像预处理。

对当前帧图像下采样，以Laplacian算子提取图像的边缘信息，将边缘信息中的孤立点去除构造位平面。

第二步，确定候选局部运动矢量及其权重。

根据第一步中确定的位平面，将位平面划分为p个匹配块，每个匹配块分别一个主要子匹配块和4个次要子匹配块，（其中p为自然数，大小根据匹配的要求设定）对主要子匹配块以最小不匹配点数匹配准则进行匹配，综合主要子匹配块的匹配结果与前5帧的全局运动矢量，每个匹配块中的主要子匹配块得出5个候选局部运动矢量并分配初始权重，根据次要子匹配块的匹配结果调整权重。

第三步，计算全局运动矢量。

根据调整权重后的候选局部运动矢量及其权重，筛选出有效匹配块，并根据有效匹配块中候选局部运动矢量的各种情况，综合前3帧的全局运动矢量，得出位平面的全局运动矢量。

第四步，运动补偿。

计算摄像机扫描分量、抖动分量，在各匹配块运动矢量一致时，将当前帧与前若干帧做配准拼接，最后补偿视场中当前帧部分的运动，获得稳定图像。

所述第一步具体包括如下步骤：

（1）利用取灰度中值下采样的方法，获得当前帧图像的下采样图像；