几种电子稳像算法的初步研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题目的、背景和意义本课题来源于相干激光成像雷达子课题——图像处理。当前，各种成像系统在军事上已经广泛应用在舰船的光电设备、无人机的侦察系统以及侦察车的监视系统等领域中，在民用上则应用于各种便携式摄像机中。而成像系统的工作效果要受到其载体不同时刻的姿态变化或振动的影响。反映到监视器上：获得的图像信息不稳定、模糊。而这种不稳定的图像对于观察者会产生疲劳感，从而导致误判和漏判；对于目标自动识别系统会导致漏警和虚警。所以，在运动的载体中，摄像系统的稳像是一个十分重要的问题，特别是在长焦距、高分辨力的监视跟踪系统中则更加突出。同时稳像技术对

2、图像序列进行稳定。消除了运动载体对像面的影响，使这些武器系统的运动攻击性能和其他作战指标得以显著提高。稳像技术的应用主要用于军事目的以及民用测绘仪器中。在航空摄影和地形测绘仪器中，为在仪器像平而上得到稳定的测量基准必须采用稳像技术，以便在仪器的测量面上提供一个相对稳定的坐标系，使测量结果准确无误。当在飞机、车辆、舰船等运动载体上用望远镜观瞄目标时。由于机座的震动，像面上的图像不稳定，使观察者易于疲劳，同时也降低了测瞄精度。近几十年来，稳像技术在武器系统上得到了普遍应用。从大型的制导、火控系统到小型的自寻的导引头，都广泛采用了稳像技术。通常采用的稳像方法有三种，即主动稳像，被动稳

3、像和电子稳像。主动稳像是安装陀螺稳定平台稳定摄像系统，陀螺稳定平台主要是衰减低频振动。[1]被动稳像是采用减振装置来隔离载体的振动，抑制高频振动对摄像机的影响。 但是，由于高精度的陀螺稳定平台不仅结构复杂，体积大、价格昂贵、功耗 大，而且在有的场合，例如：弹载、轻载飞机、外星球探测中，因体积的限制 而无法使用。所以，提出一种新型的稳定方法—电子稳像技术来实现电视图像 的稳定。随着计算机技术和大规模集成电路技术(VLSI)的迅猛发展，计算机产品的 性能迅速提高，图像处理设备的价格持续下降，这些变化为数字图像处理的发 展提供了良好的条件。人们研究的重点开始从传统的光学稳像、机械稳像

4、，转-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文向利用计算机来进行电子稳像技术的研究。从整个稳像技术研究的历史来看，利用纯数字图像处理的方法进行图像稳定的研究是当前稳像研究发展的趋势，稳像方面的纯数字图像处理方法本质上是数字化的电子稳像与传统的光学稳像、机电结合的稳像方法相比，电子稳像具有易于操作、更精确、更灵活、体积小以及价格低、能耗小等特点,同时由于大规模集成电路技术的不断提高，又便于实现设备的小型化。可见电子稳像方法将是观瞄或摄像系统中的更新换代的稳像方法。电子稳像技术是综合电子，计算机，数字信号处理等技术为一体的新一代实现图像序列稳定的技术。电子稳像技术由于它本身具有的精度高、

5、实时性强、功耗低、便于集成化等优点，具有广阔的发展前景。1.1国内外发展状况1.2.1国外发展状况国外在电子稳像技术方面的研究已有近20年的历史，80年代中期，美国首次将电子稳像技术应用在导弹制导系统中，代替了原系统中价格昂贵的稳定平台，并取得了较好的稳定效果。步入90年代以后，随着图像处理技术和计算机技术的迅猛发展，以美国和加拿大为首的西方国家率先采用稳定算法和图像重组的方法实现图像的稳定，进一步使电子稳像系统向小型化、实时性，高精度的方向发展。这些成果主要应用在侦察车的侦察系统、目标跟踪系统、无人驾驶越野车中的导航系统等方面。[2-5]其中，加拿大DREV(DefenseR

6、esearchEstablishmentVilcartier)研究机构根据国防要求，研制成功安装在侦察l0m高的桅杆上的实时监视系统中的稳像装置，其图像处理、稳像速度达到30帧/秒，满足实时性要求，系统的稳像精度 达到l个像元。如图1-1所示。[6]-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-1加拿大DREV研究机构的稳像装置Fig.1-1DREVofCanada‘selectronicimagestabilizationdevice比较早的电子稳像系统是美国Itek公司出产的电子稳定系统。[7]这种系统采用变像管作为光电转换器件，像成在光电阴极上，变像管内装有两个方向相互垂直的

7、电磁线圈，两个电磁线圈产生的电场力加到电子束上来修正仪器移动引起的像偏移。在前苏联，为了观测抖动的图像应用了频闪传感器，抖动图像传感器采集到的信号通过门限仪生成图像扫描脉冲。[8]扫描时间是由专门的计算装置来选择，其目的就是为了保证算法的适应性。即对于不同的光照度、运动速度、抖动幅度、目标与背景的反差度来选择最佳的扫描时间。这时系统的精度主要决定于抖动图像传感器和信号转换的精度。而由美国军事研究实验室(ArmyResearchLaboratory)研制的应用在无人驾驶越野车上的稳像系统，其稳