專利名稱：基于特征塊的視頻穩(wěn)像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域的穩(wěn)像方法和裝置，具體涉及一種基于特征塊的視頻穩(wěn)像裝置，該裝置利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)的視頻圖像進(jìn)行處理，主要是將一段畫面抖動(dòng)的視頻加以處理，輸出穩(wěn)定畫面的視頻圖像。
背景技術(shù)：
視頻穩(wěn)像從早期的機(jī)械式穩(wěn)像、光學(xué)穩(wěn)像發(fā)展到目前的電子穩(wěn)像，穩(wěn)像技術(shù)向著更方便、更簡潔、更有效的方向發(fā)展。機(jī)械式穩(wěn)像是使用機(jī)電的方法，通過儀器來實(shí)現(xiàn)圖像穩(wěn)定的，這種系統(tǒng)操作不便，后續(xù)處理也較困難。光學(xué)穩(wěn)像則是利用一些光學(xué)中的方法，通過設(shè)置一些光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)圖像的補(bǔ)償。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理來達(dá)到穩(wěn)定視頻圖像的技術(shù)，操作更方便、過程更簡潔、穩(wěn)像效果更好。電子視頻穩(wěn)像系統(tǒng)主要包括運(yùn)動(dòng)估計(jì)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和穩(wěn)像視頻輸出三個(gè)模塊。核心技術(shù)則是算法的設(shè)計(jì)，國內(nèi)外學(xué)者研究了許多有關(guān)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的算法，有光流法，基于空間像素點(diǎn)灰度的方法，基于空間特征法，基于位平面匹配等方法；在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方面，有基于圖像放大，基于視頻修復(fù)等方法，但是這些方法在速度和效果上仍沒能做到很好的折中，比如:在運(yùn)動(dòng)估計(jì)方面，基于塊的方法速度快，但是受光照影響很大，基于特征點(diǎn)算法，具有很好的抗光照效果，但是對(duì)局部運(yùn)動(dòng)太敏感。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于特征塊追蹤的視頻穩(wěn)像裝置，該裝置能夠降低對(duì)攝像設(shè)備的高要求，提高攝像設(shè)備對(duì)復(fù)雜環(huán)境下視頻穩(wěn)像的能力。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案:一種基于特征塊追蹤的視頻穩(wěn)像裝置，其特征在于，包括，圖像輸入模塊，該圖像輸入模塊連接一個(gè)單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有圖像顯示屏。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是:所述的單片機(jī)中，至少有軟件形式實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊和圖像重組模塊。所述的圖像輸入模塊是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。本實(shí)用新型的基于特征塊追蹤的視頻穩(wěn)像裝置，利用單片機(jī)的穩(wěn)像算法來實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)像，首先從源圖像中獲取追蹤塊的偏移量，然后利用算法對(duì)圖像進(jìn)行分離處理確定運(yùn)動(dòng)向量，然后通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)偏移量進(jìn)行補(bǔ)償，最終輸出穩(wěn)定的圖像?？梢詮V泛用于手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，攝像機(jī)等消費(fèi)電子類產(chǎn)品，同時(shí)亦可廣泛用于其他裝備的攝像和監(jiān)視系統(tǒng)中的視頻穩(wěn)像，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有較好的穩(wěn)像效果。

圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)框圖；[0012]圖2是基于特征塊追蹤穩(wěn)像的原理圖；圖3是運(yùn)動(dòng)估計(jì)追蹤算法的原理圖；圖4是基于特征塊搜索圖；其中，Ca)是t-Ι幀搜索圖，(b)是t幀搜索圖。圖5是特征塊搜索流程圖；圖6是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)施例給出一種基于特征塊追蹤的視頻穩(wěn)像裝置，包括圖像輸入模塊，該圖像輸入模塊連接一個(gè)單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有圖像顯示屏。在單片機(jī)中，至少有軟件形式實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊和圖像重組模塊。本實(shí)施例中，圖像輸入模塊是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。軟件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊和圖像重組模塊的工作過程按如下步驟進(jìn)行:第一步，對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行塊分割；第二步，以每塊的特征誤差最小為匹配準(zhǔn)則對(duì)每特征塊進(jìn)行追蹤運(yùn)動(dòng)估計(jì)；第三步，統(tǒng)計(jì)所述的運(yùn)動(dòng)向量獲取當(dāng)前幀相對(duì)于前一幀的全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)；第四步，根據(jù)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。由于在單片機(jī)內(nèi)安裝了由軟件實(shí)現(xiàn)的基于特征塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊和圖像重組模塊，其中，該運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊，首先將當(dāng)前幀圖像分成若干塊，將每塊在參考幀內(nèi)特定搜索范圍內(nèi)進(jìn)行匹配。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊采用均方誤差的準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則具有運(yùn)算速度快，計(jì)算精度響度較高，增強(qiáng)了攝像設(shè)備的穩(wěn)像能力。另外，在獲得塊運(yùn)動(dòng)參數(shù)后沒需要基于這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)每一個(gè)塊的運(yùn)動(dòng)趨勢進(jìn)行判斷。在判斷有效塊后，需利用這些塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)出全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)，經(jīng)典方法是采用最小二乘法求解一個(gè)超定方程，但是在求解過程中需要求矩陣逆，該矩陣的維數(shù)一般都較高，因此運(yùn)算較復(fù)雜，并且有可能會(huì)由于計(jì)算機(jī)數(shù)值問題出現(xiàn)矩陣不可逆，導(dǎo)致無法求出全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)，而本實(shí)用新型的裝置的單片機(jī)中利用估計(jì)出當(dāng)前幀每個(gè)塊相對(duì)于前一幀塊所產(chǎn)生的平移，然后，采用統(tǒng)計(jì)均值的方法求出全局參數(shù)。如圖2所示,單片機(jī)首先通過Simulink導(dǎo)入需要處理的視頻,通過運(yùn)動(dòng)估計(jì),計(jì)算當(dāng)前幀和參考幀之間的運(yùn)動(dòng)矢量，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)矢量的數(shù)據(jù)得到是否將當(dāng)前幀向上平移或者向下平移，來恢復(fù)圖像序列各幀“本來”面目，或者說是根據(jù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的結(jié)果去除不想要的運(yùn)動(dòng)，使觀察者看起來有攝像機(jī)的晃動(dòng)已被消除或減弱的感覺，然后將整個(gè)處理之后的圖像序列加以重組，得到新的圖像比較穩(wěn)定的新視頻，最后從圖像顯示屏輸出。所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法流程圖如圖3所示，物體的運(yùn)動(dòng)由多種元素構(gòu)成，包括平移、旋轉(zhuǎn)及扭曲等，完整地描述物體運(yùn)動(dòng)的模型是復(fù)雜的。所以假設(shè)運(yùn)動(dòng)是由平移構(gòu)成，這樣只用X和Y方向(或水平與垂直方向)的兩個(gè)平移參數(shù)dx，dy表征運(yùn)動(dòng)參數(shù)。由dx，dy構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量D= (dx, dy)T。當(dāng)前幀坐標(biāo)點(diǎn)(i，j)的像素值由前一幀預(yù)測為:[0030]MCP(i, j, k) = S(i,./，k) = S(i + dx, j + dy, k-l)這里k表示當(dāng)前巾貞,k-l表示前一巾貞,S (i, j, k)表示原始像素值,表示預(yù)測
的像素值。當(dāng)前幀原始圖像與預(yù)測圖像之間可能會(huì)有誤差，由于這個(gè)誤差是由平移運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測引起的，故稱為幀間位移誤差DFD，表示如下:DFD(i, j, k) = S(i, j, k) - S(i, j, k) = S(i, j, k) -S(i + dx, j + dy,k-1)有了這些結(jié)果，對(duì)圖像幀內(nèi)像素的編碼變成對(duì)DFD場和運(yùn)動(dòng)矢量D的編碼。在本實(shí)施例中，平移準(zhǔn)則采用快速有效的算法均方誤差，該均方誤差公式為:
權(quán)利要求1.種基于特征塊的視頻穩(wěn)像裝置，其特征在于，包括圖像輸入模塊，該圖像輸入模塊連接一個(gè)單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有圖像顯示屏。
2.權(quán)利要求1所述的基于特征塊的視頻穩(wěn)像裝置，其特征在于，所述的圖像輸入模塊是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于特征塊追蹤的視頻穩(wěn)像裝置，包括圖像輸入模塊，該圖像輸入模塊連接一個(gè)單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有圖像顯示屏。利用單片機(jī)的穩(wěn)像算法來實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)像，首先從源圖像中獲取追蹤塊的偏移量，然后利用算法對(duì)圖像進(jìn)行分離處理確定運(yùn)動(dòng)向量，然后通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)偏移量進(jìn)行補(bǔ)償，最終輸出穩(wěn)定的圖像?？梢詮V泛用于手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，攝像機(jī)等消費(fèi)電子類產(chǎn)品，同時(shí)亦可廣泛用于其他裝備的攝像和監(jiān)視系統(tǒng)中的視頻穩(wěn)像，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有較好的穩(wěn)像效果。
文檔編號(hào)H04N5/14GK202931463SQ20122035481
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者劉亞驕, 陳靜, 劉如迪, 高小林, 孟令智 申請(qǐng)人:長安大學(xué)