多模自适应电子稳像算法研究

电子稳像算法的主要目的是解决摄像机随机运动导致的图像序列的帧间抖动问题。根据摄像机成像模型,推导了摄像机平移振动和旋转运动对图像运动的影响,阐明了电子稳像算法中各种图像运动模型的物理成因,指出了模型之间的内在联系。提出了一种多模自适应电子稳像算法,根据摄像机工作时图像序列抖动的剧烈程度,自适应地选择适当的图像运动模型和相应的运动估计方法。实验结果表明,该算法在各种情况下都能实现对图像序列的高精度稳定,有效地提高了电子稳像算法的适用性。     

一种改进的代表点匹配算法在稳像技术中的应用

提出一种用于电子稳像技术改进的代表点匹配算法。通过合理的划分区域,保证在区域内各点运动的一致性,利用代表点匹配算法确定各区域内的运动矢量,并把其代入变换模型可得关于旋转、平移和变焦等信息的线性方程组,求其方程的解得全局运动矢量。利用该方法的特点是,具有速度快,并能求出平移运动和旋转运动参数,实现图像运动的平移和旋转补偿。实验表明,改进的稳像算法对于提高动态图像的稳定性具有较好的效果。     

两阶段旋转、平移亚像素数字稳像算法

提出一种稳健的两阶段层次匹配稳像算法, 在频域结合相位相关和谱对消技术对抖动图像序列间的平移和旋转矢量获得亚像素估计精度。算法第一阶段首先在对数极坐标表示下, 利用相位相关法得到图像帧间的旋转角度和整数像素平移参数; 算法第二阶段运用谱对消技术确定亚像素平移参数。在建立参数运动模型的基础上,通过自适应均值滤波确定各帧修正矢量。实验结果表明, 该方法具有亚像素级的稳像精度。     

一种补偿平移与旋转运动的快速电子稳像算法

针对视频图像序列的非稳特性,研究了电子稳像算法中灰度投影算法和块匹配算法各自的不足之处,提出了一种快速补偿视频图像序列间平移及旋转运动的稳定成像算法.该算法先采用灰度投影算法估计并补偿视频图像序列间的平移运动,再利用拉普拉斯变换在靠近图像的边缘区域选取几个具有明显特征的小块,运用块匹配算法进行匹配,计算并补偿其旋转运动量,以得到稳定的视频图像序列.通过理论分析和实验验证,表明这种稳像算法具有速度快、准确度高的特点.     

基于霍夫变换和相位相关的电子稳像算法研究

提出了一种新的基于霍夫变换和相位相关的电子稳像算法。首先根据1D相位相关技术，通过搜索角度脊来得到旋转参数；将待处理图像去旋转后，再采用2D相位相关来得到平移参数；在建立参数运动模型的基础上，通过自适应均值滤波确定各帧修正矢量。提出的方法可以充分利用FFT的高效运算，实验结果表明采用本方法能准确有效地处理具有旋转和平移的电子稳像问题。     

一种稳定船载电视侦察图像序列的灰度投影拟合算法

提出了一种新的船载电子稳像算法———灰度投影拟合算法,此算法包括:合理划分图像区域,保证区域内各点运动一致;利用灰度投影法确定每个区域内的图像平移量;利用拟合公式确定图像全局运动矢量。既保留了灰度投影算法的快速性,又保证了图像旋转量的准确确定,从而实现了图像灰度细节丰富但无明显特征目标的图像序列的稳定。对船载摄像系统获取的视频图像序列进行稳像处理的结果表明,该稳像算法稳像精度高,实时处理能力强,实际应用效果好。     

基于光学相关器的光学稳像器研究

为了突破传统电子稳像和机械稳像技术在处理速度、精度等方面的局限性,提出基于光学相关器的稳像技术,旨在实现对高速视频的实时高精度光学稳像。系统使用光学联合相关变换的方法,提取视频前后两帧变换后的相关峰,给出两帧的位移差值,通过改进后的补偿算法进行实时稳像。基于光学相关器的光学稳像器能够实现平移和旋转稳像,通过仿真和实验分析,平移稳像的精度可以达到0.1个像元（改进补偿算法后可达0.04个像元）,旋转稳像的精度可达0.1。     

针对平移和旋转的快速电子稳像方法

针对视频图像中存在的平移抖动和旋转抖动,提出了一种基于灰度投影和模板匹配的电子稳像方法。用网格法搜索图像中灰度特征明显的区域,结合分象限法提高系统的鲁棒性,在不同坐标系下分别投影,纠正平移和旋转偏差。给出了模板制作方法和配准步骤。实验证明,该方法具有较高的精度和很高的处理速度,能够实时去除由视频图像抖动引起的噪声。     

基于特征匹配的快速鲁棒数字稳像

针对手持移动摄像装置拍摄视频序列相邻帧间存在平移、小角度旋转运动,而且易受噪声、光照变化的影响等问题,提出一种基于优化Oriented FAST and rotated BRIEF(ORB)特征匹配的实时鲁棒电子稳像算法。对相邻帧预处理后用Oriented FAST算子检测特征点,再用Rotated BRIEF描述提取的特征点并采用近邻汉明距离匹配特征点对,然后采用级联滤波去除误匹配点对,最后使用迭代最小二乘法(ILSM)拟合模型参量进行运动补偿实现稳像。图像匹配测试和稳像实验结果表明:基于改进的ORB算法的电子稳像方法补偿每一帧的时间均小于0.1 s,定位精度可达亚像素级,能有效补偿帧间平移旋转运动,而且对噪声和光照变化有较强鲁棒性。经稳像处理后,实拍视频质量明显提高,峰值信噪比（PSNR）平均提高了10 db。     

船载摄像系统的一种电子稳像算法

提出了一种新的船载摄像系统的电子稳像算法———水天线稳像算法。算法的模型是基于船载摄像机运动和视频图像运动关系建立的。介绍了水天线的特点以及水天线稳像算法的实现,并利用水天线稳像算法对船载摄像系统获取的视频图像序列进行了稳像处理。实验结果表明,该算法具有稳像精度高、实时处理能力强的优点,实际应用效果较好。     

基于特征匹配和校验的鲁棒实时电子稳像

提出了一种基于特征点匹配和校验的鲁棒实时电子稳像算法.首先利用Kanade-Lucas-Tomasi角点检测器提取参考帧和当前帧的特征点,并用绝对误差和准则进行特征点匹配|在校验阶段,提出一种能够有效剔除前景运动物体特征点和错误匹配点的空间位置不变准则|最后,在相似运动模型下,利用最小二乘法求解全局运动矢量进行运动补偿.实验证明:该算法满足实时性要求,对视频的平移、旋转、缩放运动都有较好的稳像效果,并对运动物体具有鲁棒性.     

Extended gravitational pose estimation

The model-to-image registration problem is a problem of determining the position and orientation (the pose) of a three-dimensional object with respect to a camera coordinate system. When there is no additional information available to constrain the pose of the object and to constrain the correspondence of object features to image features, the problem is also known as simultaneous pose and correspondence problem, or correspondenceless pose estimation problem. In this paper, we present a new algorithm, called extended gravitational pose estimation (EGPE), for determining the pose and correspondence simultaneously. The algorithm is based on gravitational pose estimation (GPE) algorithm. In our algorithm, the original GPE has been revised to deal with the problem with false image points. For problems with both occluded object points and false image points, we firstly applied single-link agglomerative clustering algorithm to pick out occluded object points when a local minimum has been found, then the revised GPE is applied again on the clustering result to update rotation and translation of the object model. EGPE has been verified on both synthetic images and real images. Empirical results show that EGPE is faster, more stable and reliable than most current algorithms, and can be used in real applications.     

Image stack alignment in full‐field X‐ray absorption spectroscopy using SIFT_PyOCL

Full‐field X‐ray absorption spectroscopy experiments allow the acquisition of millions of spectra within minutes. However, the construction of the hyperspectral image requires an image alignment procedure with sub‐pixel precision. While the image correlation algorithm has originally been used for image re‐alignment using translations, the Scale Invariant Feature Transform (SIFT) algorithm (which is by design robust versus rotation, illumination change, translation and scaling) presents an additional advantage: the alignment can be limited to a region of interest of any arbitrary shape. In this context, a Python module, named SIFT_PyOCL, has been developed. It implements a parallel version of the SIFT algorithm in OpenCL, providing high‐speed image registration and alignment both on processors and graphics cards. The performance of the algorithm allows online processing of large datasets.     

动态图像序列帧间运动补偿方法探讨

图像序列的帧间运动不仅包含平移运动,而且旋转运动也是常见的。为了补偿这两种运动,可采用仿射变换模型。先把参考帧和当前帧分成若干个子块,利用灰度投影算法计算出局部运动矢量,然后使用能量最小化方法,由求出的有效局部运动矢量确定仿射变换模型参数。通过对当前帧进行仿射变换,即可实现对图像的平移和旋转的补偿。仿真和实验证明了该方法的可行性。     

基于显著兴趣点颜色及空间分布的图像检索新方法

提出了一种基于显著兴趣点的图像检索新方法,此方法主要有显著兴趣点检测、基于显著兴趣点的特征描述和相似性度量三个步骤.先使用一个自适应滤波器对图像进行滤波,然后提取显著兴趣点;以显著兴趣点为线索,设计了一种基于显著兴趣点的环形颜色直方图,既利用了显著兴趣点的局部特征,又考虑了显著兴趣点的空间分布结构;用图像间的环形颜色直方图距离来度量图像间的相似性.该检索算法不但保证了对图像旋转、平移鲁棒性,而且克服了传统直方图没有空间位置的缺陷.实验结果表明,该方法对图像检索非常有效.     

周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法

 为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值,将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下,并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线,与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右,真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。     

无人直升机自主着舰的光学3D测量解析算法

推导了一种用于无人直升机自主着舰的相对位姿单目单帧视觉测量算法。设计了基于正方形主特征的着降区域平面特征图案,根据几何透视投影学理论,采用摄像机针孔模型,以特征图案主正方形四角点的物理坐标和图像坐标作为输入,并以正方形邻边的垂直特性作为束缚条件,推导出了位置和姿态6个参数的解析表达式。通过在实验室环境下对真实图像的测量表明,当特征图案主正方形边长为0.1m(等效实际甲板特征图案边长1m)和相对距离为1m(等效实际距离10m)左右时,位置参数RMS误差小于0.2cm(等效为2cm),姿态参数RMS误差小于1.2°,算法具有很好的稳定性,可用于无人直升机着舰过程中的位姿测量。