旋转视频电子稳像算法研究
发布时间：2022-10-27 21:25
随着信息技术的发展,无人机、侦察弹等高技术武器已经受到了世界各国的重点关注,并广泛应用于空中侦察、电子干扰、目标跟踪和战场评估等多种任务。而无人机和侦察弹自身的飞行特点和所处的复杂环境导致拍摄的视频往往处于大角度旋转和剧烈抖动的状态,使观察者难以准确地获取信息,甚至导致误判和漏判。因此,对获取的视频进行稳像处理,消除视频的旋转和抖动,对提升无人机和侦察弹的效能有极其重要的意义。本文研究了电子稳像算法的基本原理,分析了主要步骤中常用算法的优缺点,并提出了相应改进,主要工作如下：（1）对电子稳像的基本原理和关键问题进行了较为详细的分析。从摄像机的运动方式入手,推导出了运动状态下摄像机的成像模型和视频帧间的运动模型。分别介绍了运动估计、运动滤波和运动补偿的基本原理和经典算法,并总结了不同算法的优缺点。（2）对于摄像机在同时存在旋转、平移、变焦运动时拍摄的视频,传统的Fourier-Mellin算法难以获取精确的运动矢量,本文提出了一种基于SVD的Fourier-Mellin算法。通过SVD（singular value decomposition）对相位相关矩阵进行秩1估计,减少了频率混叠效...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外电子稳像技术发展概况
1.2.1 国外电子稳像技术发展概况
1.2.2 国内电子稳像技术发展概况
1.3 电子稳像技术存在的难点
1.4 本文的主要研究内容和章节安排
1.4.1 本文的主要研究内容
1.4.2 本文的章节安排
第二章 电子稳像技术的基本原理和常用算法
2.1 摄像机运动分析
2.2 运动摄像机成像模型
2.2.1 透视投影
2.2.2 正交投影
2.3 视频图像运动模型
2.4 常用的运动估计方法
2.4.1 块匹配法
2.4.2 位平面法
2.4.3 灰度投影法
2.4.4 特征点匹配法
2.5 运动滤波
2.5.1 高斯滤波
2.5.2 Kalman滤波
2.5.3 多项式曲线拟合法
2.5.4 B样条曲线拟合
2.6 运动补偿
2.6.1 固定帧补偿
2.6.2 相邻帧补偿
2.7 本章小结
第三章 基于Fourier-Mellin变换的旋转视频电子稳像算法
3.1 图像的傅里叶变换
3.1.1 图像傅里叶变换的性质
3.1.2 傅里叶变换在极坐标下的表示
3.2 对数极坐标变换
3.3 Fourier-Mellin变换运动矢量估计
3.3.1 传统的相位相关算法
3.3.2 基于SVD的相位相关算法
3.3.3 Fourier-Mellin变换计算旋转角度和尺度缩放因子
3.3.4 Fourier-Mellin变换法存在的问题及改进措施
3.3.5 旋转角度补偿
3.4 摄像机运动轨迹平滑
3.4.1 计算摄像机运动轨迹
3.4.2 基于最优化的摄像机轨迹平滑
3.5 算法实现步骤
3.6 实验结果与分析
3.6.1 相位相关平移估计
3.6.2 Fourier-Mellin变换法运动估计验证
3.6.3 稳像效果验证
3.7 本章小结
第四章 基于SURF和轨迹滤波的旋转视频稳像算法
4.1 SURF特征点匹配
4.1.1 SURF特征点提取
4.1.2 SURF描述子生成
4.1.3 SURF特征点匹配
4.2 RANSAC算法运动矢量估计
4.3 旋转角度补偿
4.4 特征点轨迹生成
4.4.1 KLT特征点跟踪
4.4.2 视频特征点轨迹生成
4.5 特征点轨迹滤波
4.5.1 Kalman滤波
4.5.2 三次B样条曲线拟合
4.5.3 输出稳定视频序列
4.6 算法实现步骤
4.7 实验结果与分析
4.7.1 SURF算法匹配及消旋实验结果与分析
4.7.2 视频稳像效果验证
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 存在的问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于角点检测的图像匹配算法[J]. 高晶,吴育峰,吴昆,孙继银. 仪器仪表学报. 2013(08)
[2]基于分块灰度投影的无人飞行器视频稳像方法[J]. 吴浩,邓宏彬,何少阳. 北京理工大学学报. 2013(04)
[3]旋转视频中特征点的迭代筛选与光流估计匹配研究[J]. 王斌锐,徐崟,金英连,吴善强. 兵工学报. 2012(11)
[4]电子稳像中基于运动分类的全局运动估计算法[J]. 朱娟娟,郭宝龙,吴宪祥. 控制与决策. 2012(10)
[5]一种基于KLT-RANSAC全局运动估计的电子稳像算法研究[J]. 王智慧,王敬东,李鹏,张春. 光电子技术. 2012(01)
[6]适用于大角度抖动的电子稳像算法[J]. 初秀琴,王飞,倪乐真,刘洋. 西安电子科技大学学报. 2011(04)
[7]基于滤波与曲线拟合的电子稳像算法[J]. 赵红颖,王天增,钱旭. 计算机应用. 2010(11)
[8]电子稳像技术综述[J]. 王志民,徐晓刚. 中国图象图形学报. 2010(03)
[9]基于对数极坐标变换的灰度投影稳像算法[J]. 余博,郭雷,赵天云. 计算机应用. 2008(12)
[10]国外无人机技术的发展动向与分析[J]. 郭宝录,李朝荣,乐洪宇. 舰船电子工程. 2008(09)
博士论文
[1]电子稳像算法和视觉跟踪算法研究[D]. 邱家涛.西安电子科技大学 2013
[2]基于特征点的图像配准技术研究[D]. 丁南南.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[3]视频电子消旋系统研究[D]. 姜磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]电子稳像理论及其应用研究[D]. 朱娟娟.西安电子科技大学 2009
[5]机载电子稳像技术研究[D]. 钟平.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于快速特征匹配的电子稳像技术研究[D]. 王智慧.南京航空航天大学 2012
[2]视频序列电子稳像技术研究[D]. 远中文.天津大学 2012
[3]基于视频的成像去抖动方法研究[D]. 王兆军.南京航空航天大学 2010
[4]电子稳像系统中旋转稳像算法研究[D]. 周滨.哈尔滨工业大学 2008
[5]基于特征点匹配的电子稳像算法研究[D]. 邓再强.电子科技大学 2008
本文编号：3697242
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外电子稳像技术发展概况
1.2.1 国外电子稳像技术发展概况
1.2.2 国内电子稳像技术发展概况
1.3 电子稳像技术存在的难点
1.4 本文的主要研究内容和章节安排
1.4.1 本文的主要研究内容
1.4.2 本文的章节安排
第二章 电子稳像技术的基本原理和常用算法
2.1 摄像机运动分析
2.2 运动摄像机成像模型
2.2.1 透视投影
2.2.2 正交投影
2.3 视频图像运动模型
2.4 常用的运动估计方法
2.4.1 块匹配法
2.4.2 位平面法
2.4.3 灰度投影法
2.4.4 特征点匹配法
2.5 运动滤波
2.5.1 高斯滤波
2.5.2 Kalman滤波
2.5.3 多项式曲线拟合法
2.5.4 B样条曲线拟合
2.6 运动补偿
2.6.1 固定帧补偿
2.6.2 相邻帧补偿
2.7 本章小结
第三章 基于Fourier-Mellin变换的旋转视频电子稳像算法
3.1 图像的傅里叶变换
3.1.1 图像傅里叶变换的性质
3.1.2 傅里叶变换在极坐标下的表示
3.2 对数极坐标变换
3.3 Fourier-Mellin变换运动矢量估计
3.3.1 传统的相位相关算法
3.3.2 基于SVD的相位相关算法
3.3.3 Fourier-Mellin变换计算旋转角度和尺度缩放因子
3.3.4 Fourier-Mellin变换法存在的问题及改进措施
3.3.5 旋转角度补偿
3.4 摄像机运动轨迹平滑
3.4.1 计算摄像机运动轨迹
3.4.2 基于最优化的摄像机轨迹平滑
3.5 算法实现步骤
3.6 实验结果与分析
3.6.1 相位相关平移估计
3.6.2 Fourier-Mellin变换法运动估计验证
3.6.3 稳像效果验证
3.7 本章小结
第四章 基于SURF和轨迹滤波的旋转视频稳像算法
4.1 SURF特征点匹配
4.1.1 SURF特征点提取
4.1.2 SURF描述子生成
4.1.3 SURF特征点匹配
4.2 RANSAC算法运动矢量估计
4.3 旋转角度补偿
4.4 特征点轨迹生成
4.4.1 KLT特征点跟踪
4.4.2 视频特征点轨迹生成
4.5 特征点轨迹滤波
4.5.1 Kalman滤波
4.5.2 三次B样条曲线拟合
4.5.3 输出稳定视频序列
4.6 算法实现步骤
4.7 实验结果与分析
4.7.1 SURF算法匹配及消旋实验结果与分析
4.7.2 视频稳像效果验证
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 存在的问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于角点检测的图像匹配算法[J]. 高晶,吴育峰,吴昆,孙继银. 仪器仪表学报. 2013(08)
[2]基于分块灰度投影的无人飞行器视频稳像方法[J]. 吴浩,邓宏彬,何少阳. 北京理工大学学报. 2013(04)
[3]旋转视频中特征点的迭代筛选与光流估计匹配研究[J]. 王斌锐,徐崟,金英连,吴善强. 兵工学报. 2012(11)
[4]电子稳像中基于运动分类的全局运动估计算法[J]. 朱娟娟,郭宝龙,吴宪祥. 控制与决策. 2012(10)
[5]一种基于KLT-RANSAC全局运动估计的电子稳像算法研究[J]. 王智慧,王敬东,李鹏,张春. 光电子技术. 2012(01)
[6]适用于大角度抖动的电子稳像算法[J]. 初秀琴,王飞,倪乐真,刘洋. 西安电子科技大学学报. 2011(04)
[7]基于滤波与曲线拟合的电子稳像算法[J]. 赵红颖,王天增,钱旭. 计算机应用. 2010(11)
[8]电子稳像技术综述[J]. 王志民,徐晓刚. 中国图象图形学报. 2010(03)
[9]基于对数极坐标变换的灰度投影稳像算法[J]. 余博,郭雷,赵天云. 计算机应用. 2008(12)
[10]国外无人机技术的发展动向与分析[J]. 郭宝录,李朝荣,乐洪宇. 舰船电子工程. 2008(09)
博士论文
[1]电子稳像算法和视觉跟踪算法研究[D]. 邱家涛.西安电子科技大学 2013
[2]基于特征点的图像配准技术研究[D]. 丁南南.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[3]视频电子消旋系统研究[D]. 姜磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]电子稳像理论及其应用研究[D]. 朱娟娟.西安电子科技大学 2009
[5]机载电子稳像技术研究[D]. 钟平.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于快速特征匹配的电子稳像技术研究[D]. 王智慧.南京航空航天大学 2012
[2]视频序列电子稳像技术研究[D]. 远中文.天津大学 2012
[3]基于视频的成像去抖动方法研究[D]. 王兆军.南京航空航天大学 2010
[4]电子稳像系统中旋转稳像算法研究[D]. 周滨.哈尔滨工业大学 2008
[5]基于特征点匹配的电子稳像算法研究[D]. 邓再强.电子科技大学 2008
本文编号：3697242
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3697242.html
