車(chē)載攝像機(jī)數(shù)字穩(wěn)像技術(shù)研究.pdf

1、智能交通作為一個(gè)新興領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的重視，而智能車(chē)技術(shù)作為其中的重要組成部分日漸成為研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的汽車(chē)相比，智能汽車(chē)不僅具備常規(guī)車(chē)輛的功能，而且能夠?qū)崟r(shí)地獲取車(chē)輛的內(nèi)部和外部狀態(tài)，幫助駕駛員更加安全、有效地控制車(chē)輛。車(chē)載攝像機(jī)作為一種實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛外部交通狀況的手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有的汽車(chē)系統(tǒng)中。然而隨著車(chē)輛的運(yùn)行，車(chē)體的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致車(chē)載攝像機(jī)所拍攝到的視頻存在視覺(jué)上的隨機(jī)抖動(dòng)，這種隨機(jī)抖動(dòng)給駕駛員觀察和后續(xù)處理都造成很大困難。特

2、別是當(dāng)車(chē)輛高速行駛時(shí)（如高速公路上的車(chē)輛），這種抖動(dòng)就更加明顯。為了消除車(chē)載攝像機(jī)所拍攝視頻（本文統(tǒng)一稱為車(chē)載視頻）的隨機(jī)抖動(dòng)，本文重點(diǎn)研究了針對(duì)高速公路環(huán)境中，車(chē)載攝像機(jī)的數(shù)字穩(wěn)像技術(shù)。
　　本文首先介紹了數(shù)字穩(wěn)像技術(shù)的基本概念和發(fā)展過(guò)程，并且總結(jié)了車(chē)載攝像系統(tǒng)和車(chē)載視頻的特點(diǎn)。車(chē)載攝像機(jī)的隨機(jī)抖動(dòng)可以細(xì)分為水平和垂直方向的平移運(yùn)動(dòng)、繞攝像機(jī)三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本文分別研究了這幾種不同形式的隨機(jī)抖動(dòng)對(duì)車(chē)載視頻的影響，并且得出結(jié)

3、論：可以使用圖像間的平移和旋轉(zhuǎn)來(lái)表示車(chē)載視頻相鄰圖像之間的全局運(yùn)動(dòng)。
　　針對(duì)高速公路環(huán)境中工作的車(chē)載攝像機(jī)，本文提出了兩種數(shù)字穩(wěn)像算法：（1）基于中心圖像子塊匹配的數(shù)字穩(wěn)像算法（2）基于車(chē)道線匹配的數(shù)字穩(wěn)像算法。第一種方法屬于一種2D數(shù)字穩(wěn)像方法，該方法重新定義了經(jīng)典圖像子塊匹配法中圖像子塊的位置分布，使用不同位置的圖像子塊來(lái)估計(jì)不同類型的局部運(yùn)動(dòng)向量。實(shí)驗(yàn)表明，基于中心圖像子塊匹配的數(shù)字穩(wěn)像算法最大限度地消除了車(chē)載視頻中發(fā)散向

4、量對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的影響。第二種方法屬于一種3D方法，該方法首先從車(chē)載視頻中提取出車(chē)輛當(dāng)前行駛車(chē)道的車(chē)道線，然后根據(jù)車(chē)道線構(gòu)造圖像特征，最后通過(guò)匹配視頻中相鄰圖像的圖像特征來(lái)估計(jì)視頻的全局運(yùn)動(dòng)向量。最后的實(shí)驗(yàn)表明，基于車(chē)道線匹配的數(shù)字穩(wěn)像算法不僅能夠處理視頻中的隨機(jī)平移抖動(dòng)，還可以處理視頻中的隨機(jī)旋轉(zhuǎn)抖動(dòng)，并且較少受到相鄰車(chē)道過(guò)往車(chē)輛的影響。
　　數(shù)字穩(wěn)像理論通常認(rèn)為輸入視頻的第一幀圖像是穩(wěn)定的，本文統(tǒng)一稱視頻的第一幀圖像為基準(zhǔn)參考幀圖

5、像。在實(shí)際的應(yīng)用中，特別是對(duì)于車(chē)載攝像機(jī)，通常難以保證視頻第一幀圖像處于穩(wěn)定位置。本文研究了基準(zhǔn)參考幀圖像的隨機(jī)抖動(dòng)對(duì)數(shù)字穩(wěn)像算法的影響，并且得出結(jié)論：基準(zhǔn)參考幀的隨機(jī)抖動(dòng)會(huì)使常用的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的結(jié)果偏離真實(shí)值，導(dǎo)致穩(wěn)定后視頻的未定義區(qū)域增大。接下來(lái)，本文提出了一種基于基準(zhǔn)參考幀校正的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，該方法首先估計(jì)出基準(zhǔn)參考幀的隨機(jī)抖動(dòng)，并且根據(jù)估計(jì)結(jié)果對(duì)數(shù)字穩(wěn)像算法輸出的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償向量進(jìn)行校正。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)參考幀校正以后，數(shù)字穩(wěn)像算