摄像机的电子稳像技术基本简介

摄像机在很多场合下会出现抖动,尤其是使用高倍放大的镜头的情况下。摄像机固定在建筑物或柱子上,当有风时会出现晃动;如果安装在机器(如车、飞机、船等)、加热通风设备、空调、PTZ云台等等所有有震动的场合上的摄像机都会引起震动。

摄像机的电子稳像技术基本简介

    摄像机在很多场合下会出现抖动,尤其是使用高倍放大的镜头的情况下。摄像机固定在建筑物或柱子上,当有风时会出现晃动;如果安装在机器(如车、飞机、船等)、加热通风设备、空调、PTZ云台等等所有有震动的场合上的摄像机都会引起震动。 

    随着计算机及其相关技术的迅速发展,越来越多的原本机械设备和技术才能实现的方法可以直接用廉价高效的电子软硬件来替代。稳像技术的发展,经历了从机械到光学,再到目前的电子稳像等阶段,电子稳像技术就是通过数字图像处理技术对序列图像进行运动估计进而进行运动补偿来去除图像中的诸如抖动、旋转等非正常偏移的一种技术。

    电子稳像这个概念是上个世纪80年代提出的,从本质上讲,它是在图像处理尤其是运动参数估计技术较为成熟的基础上发展起来的,因此其中的核心还是集中在运动估计。这里需要强调的是稳像环节中运动参数的估计,其运动主要指拍摄平台的运动,它对图像序列产生的影响是全局性的,这是对运动估计应用领域的扩展,而很多情况下所说的运动估计是监视平台固定或运动已知,仅存在目标不确定运动的参数估计,它的影响是局部的。与传统的机械和光学方式稳像技术相比,电子稳像技术因其具有高精度、低代价、小体积的特点,已在许多方面显示了突出的优势,国外近年来已应用于无人驾驶车的道路识别、摄像机视频稳定处理等场合,同时它在军事侦察、目标精确跟踪等方面也有着广阔的应用领域。
 
    电子稳像的基本原理及发展状况

    1.基本原理

    电子稳像技术是综合电子、计算机、数字信号处理等技术为一体的新一代实现序列图像稳定的技术。它不同于图像恢复,图像恢复是针对每一帧模糊的图像,而电子稳像稳定的是一个图像序列,在序列中的每一帧图像都是清晰的。稳像的基本原理如下:首先根据图像序列的各种信息进行局部运动估计和全局运动估计,取得运动参数后进行综合评价,继而进行运动补偿,最终得到稳定的输出序列。电子稳像基本流程图像序列的不稳定本身是由于帧与帧间图像变化在监视器上反映出的不稳定,所以运动补偿主要是指对于全局运动偏差的补偿,但图I中,稳像处理过程既有局部运动估计也有全局运动估计。由于各种原因,少量的局部运动是不可避免的,而它会对整体运动估计产生不利的影响,因此首先通过某些方法估计出局部运动参数,再进行整体估计,对于问题的简化和提高稳像的精确性是有积极作用的,这也是大多数稳像方法中常用的思路。

    像移补偿技术是电子稳像中最基本的技术 ,其基本原理是:首先求出摄像机的角位移量并转换成监视器上图像的运动矢量,然后通过对CCD图像传感器的行、列序号重组,使其在监视器上的图像沿运动矢量反方向位移量移动,只有第二帧输出的图像与第一帧图像相同,两帧重合才可获得清晰的图像。由电子稳像补偿技术原理可知,电子稳像只能稳定成像面内的图像。所以,为了防止被摄景物脱离摄像机靶面,对于采用电子稳像技术的摄像机靶面需要在横向和纵向上分别留出15%作为补偿区域,这个区域在载体稳定时可以不使用。

    2.发展状况

    国外在电子稳像技术方面的研究已有近20年的历史,进入9o年代以后,随着图像处理技术和计算机技术的迅猛发展,以美国和加拿大为首的西方国家率先采用稳定算法和图像重组的方法实现图像的稳定,进一步使电子稳像系统向小型化、实时性、高精度的方向发展。这些成果主要应用在侦察车的侦察系统、目标跟踪系统、无人驾驶车的导航系统等方面。

    其中,加拿大DREV研究机构根据国防要求,研制成功安装在侦察车10m高的

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