基于梯度投影法的电子稳像算法

时间：2025-04-03

计算机工程第卷第6期 38

Computer Engineering V ol.38 No.6

文章编号：文章编号：1000—3428(2012)06—0230—03 ·多媒体技术及应用·多媒体技术及应用·

2012年3月

March 2012

文献标识码：文献标识码：A

中图分类号：图分类号：TP391.41

基于梯度投影法的电子稳像算法

齐蕴光，齐蕴光，安钢，龚正波

(装甲兵工程学院机械工程系，北京 100072)

摘要：灰度投影法在灰度值单一、对比度差的图像序列中的运动估计不精准，易造成误差。针对该问题，提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。该算法根据梯度帧内变化剧烈、帧间变化稳定、梯度投影曲线变化明显等特点，利用图像的梯度分布情况进行运动估计。实验结果表明，该算法可提高微光图像序列的帧间运动估计精度。关键词关键词：电子稳像；灰度投影法；梯度投影法；微光图像；光流

Electronic Image Stabilization Algorithm

Based on Gradient Projection Method

QI Yun-guang, AN Gang, GONG Zheng-bo

(Department of Mechanical Engineering, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072, China)

【Abstract】In view of the problem that the gray projection algorithm can not deal with low contrast ratio image sequences accurately, this paper presents an Electronic Image Stabilization(EIS) algorithm based on gradient projection method. It can utilize the distribution of the image gradient to estimate motion according to the advantage of gradient feature changes violently intra-frame and changes steadily inter-frame. Experimental results demonstrate that the algorithm can effectively improve the motion estimated accuracy under low-light level image sequence.

【Key words】Electronic Image Stabilization(EIS); gray projection method; gradient projection method; low-light level image; optical flow DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.06.076

1 概述

在目标跟踪过程中，摄像机载体的随机振动和姿态变化产生的不平稳运动会导致视频图像序列的不稳定甚至模糊，这种不平稳运动不仅影响系统的成像质量、造成观测者的视觉疲劳，还会给运动目标检测带来困难。

电子稳像(Electronic Image Stabilization, EIS)是指利用图像处理手段从输入的视频图像序列中去除由摄像机的随机运动造成的图像扰动，使输出图像序列保持稳定的技术手段。帧间运动估计是实现电子稳像的关键环节，目前应用于稳像的运动估计方法有很多，灰度投影法[1-5]是其中的一种重要方法。它能充分利用图像灰度总体分布的变化规律，较准确地估计图像的运动矢量，具有计算量小、精度高的特点[1]。美国ARL研究实验室采用此方法在Demo1号自控目标跟踪系统中实现了图像的实时稳定。

但是投影算法有一定的应用条件，图像的灰度变化应较丰富，具有一定的对比度，否则灰度投影曲线变化不明显，难以精确地求出运动矢量，容易造成误差。通过对图像进行直方图均衡化处理，能在一定程度上处理对比度较差的图像，增强算法的鲁棒性，但是不能从根本上解决此问题[2]。为此，本文提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。

的像素灰度值，M、N分别为图像投影区域的行、列数。

图像第i行的灰度投影值为：

GrayYk(i)=∑Gk(i,j) (1)

i=sN

图像第j列的灰度投影值为：

GrayXk(j)=∑Gk(i,j) (2)

i=sM

投影曲线反映了图像灰度分布的特点，为方便描述，将图像行方向的投影曲线记为水平投影曲线，将图像列方向的投影曲线记为垂直投影曲线。

2.2 投影滤波处理

当图像的位移量大时，由于每一幅图像的边缘信息是唯一的，因此会导致投影的波形在边缘处的差异性。传统灰度投影通常采用全投影，即将投影区域每行(列)进行映射，行 (列)内的每个像素都参与投影。在进行相关计算时，会对互相关峰值产生影响而降低精度。解决此问题可通过余弦平方滤波器进行滤波，以降低边界信息的幅值而保留中心区域的波形，从而降低边界对互相关的峰值的影响，提高运动矢量的检测精度。

2.3 互相关计算

将当前帧k的水平、垂直投影曲线与参考帧r的水平、垂直投影曲线做互相关运算，根据2条相关曲线的唯一谷值即可确定当前帧相对于参考帧的行、列位移矢量值。设m为位移矢量相对于参考帧的搜索宽度，以水平相关运算为例，计算公式如下：

作者简介：作者简介：齐蕴光(1983－)，男，博士研究生，主研方向：电子稳像，运动目标检测与跟踪；安钢，教授；龚正波，博士研究生收稿日期：收稿日期：2012-01-06 E-mail：qiyunguang@http://

2 灰度投影法

灰度投影法是一种基于投影算法的稳像方法，利用图像

灰度分布变化的特点求取图像帧间运动向量，分为灰度映射和相关计算2个步骤。

2.1 灰度映射

对输入的二维图像进行预处理后，将其灰度信息映射成2个独立的一维投影序列。设Gk(i,j)为第k帧图像点(i,j)处

第38卷第6期齐蕴光，安钢，龚正波：基于梯度投影法的电子稳像算法 231

∑GrayXk(j+w) GrayXr(j) C)= M w 0≤w≤mj=1

kr(w 1M Mw∑GrayXr(j+w) GrayXk(j) m≤w≤0

j=1