机载电子稳像技术研究

【摘要】： 电子稳像是一种视频图像序列稳定技术，由于它具有稳像精度高、体积小、重量轻、功耗低以及成本低等优势，从而成为西方先进国家竞相研究的焦点，尤其是将它应用于有人操纵的武器装备中。机载光电成像系统，由于要求作用距离远，故其光学系统焦距长，受其载体姿态变化和振动的影响，图像序列帧间变化过大，造成观察者觉得模糊、不稳定，己成为制约空中侦察、瞄准、打击效果评估等功能的瓶颈。本论文在中国科学院青年创新基金的支持下，对机载电子稳像技术进行了深入研究，提出了实现机载视频图像序列稳定的有效方法。 论文分析机载图像序列模糊的原因，提出了机载成像系统进行电子稳像的必要性。阐述了机载电子稳像的原理和方法，并讨论其实现的关键技术；研究了目前国外电子稳像系统所采用的主要算法，给出了机载电子稳像系统设计时选取稳像算法的原则。 论文给出了灰度投影匹配算法应用于航摄动态图像序列帧间平移运动稳定的实现方法，并根据机载成像特点，分析了影响该算法精度的主要因素，提出了相应的对策。用VC++编程实现了对航摄图像序列的实时处理，其帧处理率达25帧／秒，均方根误差小于0.32像素。 针对机载成像的特点，提出了长焦距摄像系统检测和补偿旋转运动的必要与可能性以及利用选择特征图像中的最大灰度值点，作为图像特征来估计图像序列帧间运动的方法。为了保证该算法的有效性，先提取图像的特征，再采用分区的方法在各个分区内按一定的扫描顺序选取灰度最大值点作为特征点用于运动矢量的估计。在图像序列帧间的特征点匹配过程中，采用图像多分辨率分层技术来提高算法的计算速度。仿真实验验证了该算法补偿旋转运动的有效性。 由于帧间运动的补偿方法是影响图像序列平稳性的一个重要因素，直接用运动矢量进行补偿，将会使图像产生跳跃感，本文提出采用均值滤波的方法来确定各帧的补偿量，实现了图像序列的帧间平滑衔接，提高了动态图像序列的平稳性。 对实际机载成像系统摄取的现场图像序列进行了稳像处理实验，并利用评定算法对算法的稳像效果进行了分析。实验结果证明了所提出的稳像算法的有效性。