运动估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种运动估计方法及装置，其中该方法包括：将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量；根据旋转矢量和缩放矢量对当前帧进行插值，得到旋转缩放后的当前帧；对旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的运动矢量。通过本发明专利技术，提高了运动估计的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，具体而言，涉及一种运动估计方法及装置。
技术介绍
摄像机在移动过程中所拍摄的图像序列不仅包含了摄像机的主动运动，同时也引入了一些不希望的运动(如移动平台的振动)，通常是不规则的随机运动。由于这种随机运动的存在，会因为视觉暂留而造成观察图像序列模糊和抖动，不便于观察，同时也给有用信息的提取和应用带来困难。图像稳定就是从输入的视频图像序列中去除因为摄像机的随机运动而引入的图像扰动，使图像序列稳定的处理过程。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。电子稳像技术采用高速数字图像信号处理技术，直接确定视频图像序列帧间运动矢量，分离图像序列的平稳运动和抖动参量，对抖动分量进行补偿，使输出视频序列看起来平滑、稳定。与传统的光学稳像、机械稳像方法相比，电子稳像具有易于操作，更精确、更灵活、体积小以及价格低，能耗小、高智能化等特点。电子稳像作为一种视频增强技术成为移动视频应用不可缺少的一部分，如为机器人的远程遥控系统、无人车辆导航系统提供平滑清晰的视频图像序列；为视频侦察系统中目标检测、跟踪提供可靠的预处理。近年来随着现代图像传感器技术、大规模集成电路技术、现代信号处理技术的飞速发展，所获取的图像分辨率越来越高，处理图像信号速度越来越快，使得电子稳像技术成为现代稳像技术发展的一个方向。随着无人机和直升机应用的迅速发展，以及机器视觉技术的不断进步，航拍视频的处理和分析在电力巡线、林业防火、海域监控等诸多领域得到越来越广泛的应用。由于无人机和直升机在拍摄过程中受到发动机、气流和人工控制因素而造成视频的抖动与模糊，对后续的检测和跟踪等处理造成严重不良的影响，有必要对航拍视频进行电子稳像处理，与机械稳像和光学稳像等传统的方法相比，基于图像处理的电子稳像具有精确、轻便、成本低、能耗小等优点，是新一代稳像方法，能更好的应用于无人机和直升机的视频拍摄，而运动估计是电子稳像的前提和基础，因此，对于航拍视频的运动估计方法的专利技术十分有意义。运动估计的主要方法有块匹配法、位平面匹配法、特征匹配法、光流法和灰度投影法等。其中，块匹配法具有较高的精度，缺点是全局搜索，计算量大，实时性差；光流法能够准确估计全局运动，但存在遮挡、孔径等问题。位平面匹配法匹配速度快，但只能达到像素级精度。与其他方法不同的是，灰度投影法是一种对两帧图像进行灰度曲线匹配的运动估计方法，具有运算速度快、估计精度高等特点。航拍视频具有数据量大、运动复杂等特性，为了使灰度投影法更好地适用于航拍视频的运动估计，应针对传统的灰度投影法只能估计平移运动、像素级精度等缺陷进行改进。
技术实现思路
本专利技术提供了一种运动估计方法及装置，以至少解决现有技术运动模型很少针对具有数据量大、运动复杂特点的航拍视频的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种运动估计方法，包括：将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量；根据旋转矢量和缩放矢量对当前帧进行插值，得到旋转缩放后的当前帧；对旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的运动矢量。进一步的：将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标之前，还包括：以参考帧和当前帧的原始图像为最底层构建图像高斯金字塔，得到层数为L的参考帧金字塔和当前帧金字塔；根据旋转矢量和缩放矢量对当前帧进行插值，得到旋转缩放后的当前帧，包括：将旋转矢量和缩放矢量插值到当前帧金字塔的各层图像，得到旋转缩放后的当前帧金字塔；对旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的运动矢量，包括：从插值得到的当前帧图像高斯金字塔的最高层开始，对最高层进行灰度投影处理得到平移运动矢量，并将平移矢量放大预定倍数后插入到下一层图像中，再对插入平移矢量后的下一层图像进行灰度投影处理得到平移运动矢量，将平移运动矢量放大预定倍数后插入下一层图像的下一层，直到插值得到的当前帧图像高斯金字塔的最底层；对插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到当前帧的运动矢量，其中，该预定倍数与构建图像金字塔分辨率调整的倍数对应。进一步的，将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量，包括：对当前帧金字塔和参考帧金字塔的最高层的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量。进一步的，对插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到当前帧的运动矢量，包括：对插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到各个分块的运动矢量；建立运动模型，利用各分块的运动矢量确定相机载体的运动矢量。进一步的，上述方法还包括：对当前帧的金字塔、灰度曲线进行循环利用。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种运动估计装置，包括：第一处理模块，用于将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量；插值模块，用于根据旋转矢量和缩放矢量对当前帧进行插值，得到旋转缩放后的当前帧；第二处理模块，用于对旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的运动矢量。进一步的：装置，还包括：建立模块，用于以参考帧和当前帧的原始图像为最底层构建图像高斯金字塔，得到层数为L的参考帧金字塔和当前帧金字塔；插值模块，用于将旋转矢量和缩放矢量插值到当前帧金字塔的各层图像，得到旋转缩放后的当前帧金字塔；第二处理模块，用于从插值得到的当前帧图像高斯金字塔的最高层开始，对最高层进行灰度投影处理得到平移运动矢量，并将平移矢量放大预定倍数后插入到下一层图像中，再对插入平移矢量后的下一层图像进行灰度投影处理得到平移运动矢量，将平移运动矢量放大预定倍数后插入下一层图像的下一层，直到插值得到的当前帧图像高斯金字塔的最底层；对插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到当前帧的运动矢量，其中，该预定倍数与构建图像金字塔分辨率调整的倍数对应。进一步的，第一处理模块，用于对当前帧金字塔和参考帧金字塔的最高层的笛卡尔坐标转换为极坐标，在极坐标下进行灰度投影处理，得到参考帧与当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量。进一步的，第二处理模块，用于对插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到各个分块的运动矢量；建立运动模型，利用各分块的运动矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动估计方法，其特征在于，包括：将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在所述极坐标下进行灰度投影处理，得到所述参考帧与所述当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量；根据所述旋转矢量和所述缩放矢量对所述当前帧进行插值，得到旋转缩放后的当前帧；对所述旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到所述参考帧与所述当前帧之间的运动矢量。

【技术特征摘要】
1.一种运动估计方法，其特征在于，包括：
将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标，在所述极坐标下进行灰
度投影处理，得到所述参考帧与所述当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量；
根据所述旋转矢量和所述缩放矢量对所述当前帧进行插值，得到旋转缩
放后的当前帧；
对所述旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到所述参考帧与所述
当前帧之间的运动矢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
将参考帧和当前帧的笛卡尔坐标转换为极坐标之前，还包括：以参考帧
和当前帧的原始图像为最底层构建图像高斯金字塔，得到层数为L的参
考帧金字塔和当前帧金字塔；
根据所述旋转矢量和所述缩放矢量对所述当前帧进行插值，得到旋转缩
放后的当前帧，包括：将所述旋转矢量和所述缩放矢量插值到所述当前
帧金字塔的各层图像，得到旋转缩放后的当前帧金字塔；
对所述旋转缩放后的当前帧进行灰度投影处理，得到所述参考帧与所述
当前帧之间的运动矢量，包括：从插值得到的当前帧图像高斯金字塔的
最高层开始，对最高层进行灰度投影处理得到平移运动矢量，并将平移
矢量放大预定倍数后插入到下一层图像中，再对插入平移矢量后的所述
下一层图像进行灰度投影处理得到平移运动矢量，将平移运动矢量放大
所述预定倍数后插入所述下一层图像的下一层，直到所述插值得到的当
前帧图像高斯金字塔的最底层；对所述插值得到的最底层进行分块灰度
投影，得到所述当前帧的运动矢量，其中，所述预定倍数与构建图像金
字塔分辨率调整的倍数对应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将参考帧和当前帧的笛卡尔
坐标转换为极坐标，在所述极坐标下进行灰度投影处理，得到所述参考
帧与所述当前帧之间的旋转矢量和缩放矢量，包括：
对所述当前帧金字塔和所述参考帧金字塔的最高层的笛卡尔坐标转换为

\t极坐标，在所述极坐标下进行灰度投影处理，得到所述参考帧与所述当
前帧之间的旋转矢量和缩放矢量。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对所述插值得到的最底
层进行分块灰度投影，得到所述当前帧的运动矢量，包括：
对所述插值得到的最底层进行分块灰度投影，得到各个分块的运动矢量；
建立运动模型，利用各分块的运动矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，陈晓，王平，张贵峰，王英洁，陈艳芳，周筑博，杨鹤猛，赵恩伟，
申请(专利权)人：天津航天中为数据系统科技有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津;12