一种基于中心映射的快速稳像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中心映射的快速稳像方法，包括：分别对当前帧图像和参考帧图像做水平方向和竖直方向映射，得到当前帧图像相对参考帧图像的位移量；根据位移量，对当前帧图像和参考帧图像进行校正，以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，以半径为自变量，将圆周上像素点的灰度值累计和作为因变量，构造缩放映射函数，当缩放映射函数之间的误差最小时，得到缩放系数；基于缩放系数，构造角度变换函数，当角度变换函数的误差最小时，得到旋转角度；根据位移量、缩放系数和旋转角度，采用Kalman滤波进行运动滤波，得到稳定后的当前帧图像。本发明专利技术具有快速、稳定、高效和实时的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于中心映射的快速稳像方法
本专利技术属于图像处理及自动化
，更具体地，涉及一种基于中心映射的快速稳像方法。
技术介绍
灰度投影算法作为传统的稳像算法之一，在处理视频稳像中具有速度快，稳定性高的特点，然而灰度投影算法只能求出在水平和垂直方向的位移量，不能处理存在旋转和缩放的视频。然而如sift、surf等的特征点的检测算法，虽然可以求出旋转和缩放，但是运行速度慢，稳定性不高，不适合实时的视频稳像。由此可见，现有技术存在只能求出在水平和垂直方向的位移量或者可以求出旋转和缩放，但是运行速度慢，稳定性不高，不适合实时的视频稳像的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于中心映射的快速稳像方法，由此解决现有技术存在只能求出在水平和垂直方向的位移量或者可以求出旋转和缩放，但是运行速度慢，稳定性不高，不适合实时的视频稳像的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于中心映射的快速稳像方法，包括：(1)将视频图像的第(k-1)帧作为参考帧图像，将视频图像的第k帧作为当前帧图像，分别对当前帧图像和参考帧图像做水平方向和竖直方向映射，得到当前帧图像相对参考帧图像的位移量；(2)根据位移量，对当前帧图像和参考帧图像进行校正，使当前帧图像和参考帧图像的中心对齐，得到校正后的当前帧图像；(3)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，以半径为自变量，将圆周上像素点的灰度值累计和作为因变量，构造当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数，当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数之间的误差最小时，得到缩放系数；(4)基于缩放系数，构造当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数，当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数的误差最小时，得到旋转角度；(5)根据位移量、缩放系数和旋转角度，采用Kalman滤波进行运动滤波，得到稳定后的当前帧图像。进一步的，步骤(3)包括：(3-1)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，半径r为自变量，将半径为r的圆周上360个像素点的灰度值累计和作为因变量，360个像素点对应的圆心角度分别是构造当前帧图像的缩放映射函数S(r)和参考帧图像的缩放映射函数Sk-1(r)：其中，在计算和时采用双线性差值，n表示第n个像素点，1≤n≤360；(3-2)假设缩放系数为λ，Sk(λr)＝Sk-1(r)，当r＝et时，对当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数进行对数变换，得到对数变换后的当前帧图像的缩放映射函数Hk-1(t)和对数变换后的参考帧图像的缩放映射函数Hk(t)，Hk(t)与Hk-1(t)之间的关系为：其中，Δt为Hk(t)与Hk-1(t)之间的平移量，t为对数变换后的函数自变量；(3-3)Hk(t)与Hk-1(t)之间的缩放误差Ezoom(ν)为：其中，[Tmin，Tmax]是t的取值范围，(M/2，N/2)为圆心坐标，ν为步长，步长的范围-0.4～0.4，当缩放误差最小时，得到平移量Δt，进而得到缩放系数λ＝eΔt。进一步的，步骤(4)包括：(4-1)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心(N/2，M/2)为圆心，半径为R，以不同的角度方向θ为自变量，将圆心到圆周上点(Rcosθ，Rsinθ)的灰度值累计和作为因变量，构造当前帧图像的角度变换函数Gk(θ)和参考帧图像的角度变换函数Gk-1(θ)，其中，ε为精度，ε∈[0.1°，1°]；(4-2)当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数之间的角度误差Eangle(υ)为：其中，α为旋转角度，υ为精度步长，精度步长的范围是-3°～3°，当角度误差最小时，得到旋转角度。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)在计算图像缩放系数方面，现有技术(如sift，surf)需要计算两张图像的关键点，然后在计算仿射矩阵。现有技术一方面计算关键点存在大量的误匹配，另一方面计算速度慢，达不到实时性的要求。本专利技术由于是采用累计灰度值和的方法，计算速度快，同时又针对图像缩放建立缩放映射函数，得到的缩放系数符合精度要求。(2)在计算图像旋转方面，传统的灰度投影方法只能计算出水平和竖直方向上的位移，然而无法计算出旋转角度。本专利技术克服了传统灰度投影算法只能求解图像的平移的缺点，同时具有快速、稳定、高效和实时的优点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于中心映射的快速稳像方法的流程图；图2(a)是本专利技术实施例提供的图像缩放示意图；图2(b)是本专利技术实施例提供的缩放映射示意图；图3是本专利技术实施例提供的求解缩放系数示意图；图4是本专利技术实施例提供的图像旋转示意图；图5是本专利技术实施例提供的角度算法流程图；图6(a)是本专利技术实施例提供的远景场景下的稳像效果图；图6(b)是本专利技术实施例提供的近景场景下的稳像效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种基于中心映射的快速稳像方法，包括：(1)将视频图像的第(k-1)帧作为参考帧图像，将视频图像的第k帧作为当前帧图像，分别对当前帧图像和参考帧图像做水平方向和竖直方向映射，得到当前帧图像相对参考帧图像的位移量；以当前帧图像为例，将当前帧图像映射成两个一维函数序列，当前帧图像的行、列映射函数公式如下：其中M为当前帧图像的行数，N为当前帧图像的列数，Rk(j)为行映射函数，Ck(i)为列映射函数，fk(i，j)为当前帧图像(i，j)位置的灰度值。计算当前帧图像(第k帧)行映射函数Rk(j)与参考帧(第k-1帧)行映射函数Rk-1(j)的互相关。计算式如下：其中：其中m是检测当前帧图像偏移的范围，一般取值在10个像素到20个像素之间，Corr(i)表示互相关运算值，其最小值即为最小映射互相值所对应的位置，故纵向(Y)位移量Dy＝Imin。同理求列映射函数互相关运算，可以得到横向(X)位移。(2)根据位移量，对当前帧图像和参考帧图像进行校正，使当前帧图像和参考帧图像的中心对齐，得到校正后的当前帧图像；(3)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，半径r为自变量，将半径为r的圆周上360个像素点的灰度值累计和作为因变量，360个像素点对应的圆心角度分别是构造当前帧图像的缩放映射函数S(r)和参考帧图像的缩放映射函数Sk-1(r)：其中，在计算和时采用双线性差值，n表示第n个像素点，1≤n≤360；如图2(a)和2(b)所示，假设缩放系数为λ，Sk(λr)＝Sk-1(r)，当r＝et时，对当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数进行对数变换，得到对数变换后的当前帧图像的缩放映射函数Hk-1(t)和对数变换后的参考帧图像的缩放映射函数Hk(t)，Hk(t)与Hk-1(t)之间的关系为：其中，Δt为Hk(t)与Hk-1(t)之间的平移量，t为对数变换后的函数自变量；Hk(t)与Hk-1(t)之间的缩放误差Ezoom(ν)为：其中，[T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中心映射的快速稳像方法，其特征在于，包括：(1)将视频图像的第(k‑1)帧作为参考帧图像，将视频图像的第k帧作为当前帧图像，分别对当前帧图像和参考帧图像做水平方向和竖直方向映射，得到当前帧图像相对参考帧图像的位移量；(2)根据位移量，对当前帧图像和参考帧图像进行校正，使当前帧图像和参考帧图像的中心对齐，得到校正后的当前帧图像；(3)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，以半径为自变量，将圆周上像素点的灰度值累计和作为因变量，构造当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数，当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数之间的误差最小时，得到缩放系数；(4)基于缩放系数，构造当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数，当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数的误差最小时，得到旋转角度；(5)根据位移量、缩放系数和旋转角度，采用Kalman滤波进行运动滤波，得到稳定后的当前帧图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于中心映射的快速稳像方法，其特征在于，包括：(1)将视频图像的第(k-1)帧作为参考帧图像，将视频图像的第k帧作为当前帧图像，分别对当前帧图像和参考帧图像做水平方向和竖直方向映射，得到当前帧图像相对参考帧图像的位移量；(2)根据位移量，对当前帧图像和参考帧图像进行校正，使当前帧图像和参考帧图像的中心对齐，得到校正后的当前帧图像；(3)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，以半径为自变量，将圆周上像素点的灰度值累计和作为因变量，构造当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数，当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数之间的误差最小时，得到缩放系数；(4)基于缩放系数，构造当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数，当前帧图像的角度变换函数和参考帧图像的角度变换函数的误差最小时，得到旋转角度；(5)根据位移量、缩放系数和旋转角度，采用Kalman滤波进行运动滤波，得到稳定后的当前帧图像。2.如权利要求1所述的一种基于中心映射的快速稳像方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：(3-1)以校正后的当前帧图像和参考帧图像的中心为圆心，半径r为自变量，将半径为r的圆周上360个像素点的灰度值累计和作为因变量，360个像素点对应的圆心角度分别是构造当前帧图像的缩放映射函数S(r)和参考帧图像的缩放映射函数Sk-1(r)：其中，在计算和对采用双线性差值，n表示第n个像素点，1≤n≤360；(3-2)假设缩放系数为λ，Sk(λr)＝Sk-1(r)，当r＝et时，对当前帧图像的缩放映射函数和参考帧图像的缩放映射函数进行对数变换，得到对数变换后的当前帧图像的缩放映射函数Hk-1(t)和对数变换后的参考帧图像的缩放映射函数Hk(t)，Hk(t)与Hk-1(t)之间的关系为：

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，沈亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42