工學(xué)電子穩(wěn)像ppt課件.ppt

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1、非線(xiàn)性信號(hào)分析課程報(bào)告基于EIS的運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)內(nèi)容安排EIS的介紹運(yùn)動(dòng)估計(jì)的基本原理基于圖像塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)基于像素灰度信息的運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)結(jié)論EIS的發(fā)展歷程EIS（即電子穩(wěn)像）技術(shù)的研究已三十多年歷史，美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家對(duì)電子穩(wěn)像技術(shù)應(yīng)用于軍事方面已經(jīng)進(jìn)行了較深入的研究；日本和韓國(guó)對(duì)家用攝錄機(jī)的穩(wěn)定技術(shù)也進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)電子穩(wěn)像技術(shù)的研究依然處于初級(jí)階段，目前為止，只有中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所和北京理工大學(xué)等單位在這個(gè)領(lǐng)域有一定的研究，總體來(lái)說(shuō)，電子穩(wěn)像技術(shù)解決復(fù)雜抖動(dòng)依然不夠成熟。EIS技術(shù)的基本原理單純的電子穩(wěn)像技術(shù)是指：從視頻圖像序列的幀間差別中，利用運(yùn)動(dòng)估

2、計(jì)算法檢測(cè)代表攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，并判斷該參數(shù)是屬于隨機(jī)抖動(dòng)還是人為掃描運(yùn)動(dòng)，且將其區(qū)分獲得抖動(dòng)參數(shù)，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法來(lái)消除或者減輕攝像機(jī)的隨機(jī)抖動(dòng)對(duì)視頻圖像的干擾，實(shí)現(xiàn)視頻序列的穩(wěn)定。電子穩(wěn)像系統(tǒng)一般包括三個(gè)主要的功能模塊，即運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊、運(yùn)動(dòng)決定模塊和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊，對(duì)應(yīng)的，其關(guān)鍵技術(shù)為：全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)矢量濾波和圖像補(bǔ)償校正。系統(tǒng)框圖如下：運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)研究在視頻序列中，幀與幀之間總是存在差異，引起這種差異的原因很多。由攝像機(jī)位置或參數(shù)的變化引起的整個(gè)圖像的變化，稱(chēng)之為全局運(yùn)動(dòng)；由場(chǎng)景中物體運(yùn)動(dòng)引起的局部圖像變化，稱(chēng)為局部運(yùn)動(dòng)。電子穩(wěn)像的運(yùn)動(dòng)估計(jì)是指全局運(yùn)動(dòng)的估計(jì)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)研究

3、運(yùn)動(dòng)估計(jì)由運(yùn)動(dòng)模型選取和模型參數(shù)估計(jì)兩部分組成。模型選取在運(yùn)動(dòng)估計(jì)的初始階段，首先要根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境、模型的性質(zhì)、適用范圍和參數(shù)的敏感性等因素正確選取攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)模型。一般說(shuō)來(lái)，運(yùn)動(dòng)模型使用的參數(shù)越多，運(yùn)動(dòng)估計(jì)越準(zhǔn)確，但計(jì)算復(fù)雜性也越大。常用模型1、剛性變換模型2、相似變換模型常用模型3、仿射變換模型4、透視變換模型常用運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)分類(lèi)基于圖像塊的方法基于模板匹配的方法基于圖像二值位平面信息的方法基于像素灰度投影的方法基于圖像特征的方法基于變換域的方法基于圖像塊的方法塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)法是基于塊內(nèi)所有像素運(yùn)動(dòng)一致性這樣的假設(shè)。其基本匹配原理如圖：匹配原理如圖塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)準(zhǔn)則塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法

4、中常用的匹配準(zhǔn)則有三種，即最小平均絕對(duì)差(MAD)、最小均方誤差(MSE)和歸一化互相關(guān)函數(shù)(NCCF)，分別定義如下：1、最小平均絕對(duì)差塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)準(zhǔn)則2、最小均方誤差3、歸一化互相關(guān)函數(shù)在運(yùn)動(dòng)估計(jì)中，匹配準(zhǔn)則對(duì)匹配精度的影響不是很大，由于MAD準(zhǔn)則不需作乘法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、方便，所以使用最多。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用SAD(SumofAbsoluteDifference)來(lái)代替MAD，即求絕對(duì)誤差和，其定義式如下：塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索路徑1、全搜索法（FS）2、三步法（TSS）3、菱形法（DS）全搜索法全搜索法(FullSearchMethod，F(xiàn)S)，也稱(chēng)為窮盡搜索法，是對(duì)搜索范圍內(nèi)

5、所有可能的候選位置計(jì)算SAD(i,j)的值，從中找出最小SAD，其對(duì)應(yīng)偏移量即為所求運(yùn)動(dòng)矢量。全搜索法圖示FS算法是最簡(jiǎn)單、最原始的搜索算法，由于可靠，且能夠得到全局最優(yōu)的結(jié)果，通常是其它算法性能比較的標(biāo)準(zhǔn)，但它的計(jì)算量的確很大，這就限制了在需要實(shí)時(shí)應(yīng)用的場(chǎng)合，所以有必要進(jìn)一步研究其它快速算法。三步搜索法TSS算法的基本思想是采用一種由粗到細(xì)的搜索模式，從原點(diǎn)開(kāi)始，按一定步長(zhǎng)取周?chē)?個(gè)點(diǎn)構(gòu)成每次搜索的點(diǎn)群，然后進(jìn)行匹配計(jì)算，跟蹤最小塊誤差（MBD）點(diǎn)。三步搜索法圖示TSS算法搜索時(shí)，整個(gè)過(guò)程采用了統(tǒng)一的搜索模板，使得第一步的步長(zhǎng)過(guò)大，容易引起誤導(dǎo)，從而對(duì)小運(yùn)動(dòng)效率較低。當(dāng)搜索范圍大于7時(shí)

6、，僅用3步是不夠的?？傮w說(shuō)來(lái)，三步法是一種較典型的快速搜索算法，所以被研究的較多，后來(lái)又相繼有許多改進(jìn)的新三步法出現(xiàn)，改進(jìn)了它對(duì)小運(yùn)動(dòng)的估計(jì)性能。菱形搜索法DS算法采用了兩種控制模扳，分別是有9個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的大模板(LargeDiamondSearchPattern)LDSP和有5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的小模板(SmallDiamondSearchPattern)SDSP，如圖所示。搜索時(shí)先用大模板計(jì)算，當(dāng)最小塊誤差MBD點(diǎn)出現(xiàn)在中心點(diǎn)處時(shí)，將大模板LDSP換為SDSP，再進(jìn)行匹配計(jì)算，這時(shí)5個(gè)點(diǎn)中的MBD即為最優(yōu)匹配點(diǎn)。DS算法搜索圖示DS算法的特點(diǎn)在于它分析了視頻圖像中運(yùn)動(dòng)矢量的基本規(guī)律，選用了大小兩

7、種形狀的搜索模板LDSP和SDSP。先用LDSP搜索，由于步長(zhǎng)大，搜索范圍廣，可以進(jìn)行粗定位，使搜索過(guò)程不會(huì)陷于局部最?。划?dāng)粗定位結(jié)束后，可以認(rèn)為最優(yōu)點(diǎn)就在LDSP周?chē)?個(gè)點(diǎn)所圍的菱形區(qū)域中，這時(shí)再用SDSP來(lái)準(zhǔn)確定位，使搜索不致于有大的起伏，所以它的性能優(yōu)于其它算法。另外，DS搜索時(shí)各步驟之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，模板移動(dòng)時(shí)只需在幾個(gè)新的檢測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行匹配計(jì)算，所以也提高了搜索速度。塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法分析塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法已經(jīng)發(fā)展比較成熟