基于无人机电子稳像技术的图像运动估计算法研究

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随着信息技术的发展,视频图像在生产和生活中的应用越来越普遍。小型无人机具有时效性强、机动灵活等特点,所以无人机视频图像技术在军事侦查和民用监测中都具有广阔的应用前景。但是由于无人机飞行时受到外界环境的影响,导致拍摄的视频图像不稳定。不稳定的视频图像会带来许多问题,例如,使得无人机视频影像存在晃动、震动和畸变等不稳定因素,引起观察者的眩晕和视觉疲劳,使观察者对被摄对象产生误判。因此通过电子稳像手段对机载摄像系统获取的视频进行稳定势在必行。  本文首先介绍了电子稳像技术的重要意义和国内外的研究现状以及小型无人机的视频特点和稳像原理,然后分析和研究了电子稳像技术中的三个关键技术:全局运动估计、主运动估计和运动补偿,重点研究了利用前续多帧图像的全局运动量估计当前帧的主运动量的方法,实现主运动量和随机晃动量的区分,继而确定运动补偿参数,最终达到稳像的目的。针对于目前小型无人机视频稳像中存在的问题,本文的主要研究内容为:(1)结合摄像机的运动类型,将晃动分为小平移和大平移晃动并针对不同的晃动特点选择不同的稳像策略。(2)针对小平移晃动问题提出了参考帧平滑过渡的方法。(3)针对大平移晃动的问题,使用kalman滤波的方法进行主运动的估计。通过分析观测噪声协方差R对kalman滤波效果的影响,提出了改进的限定记忆kalman滤波的方法并与模糊kalman滤波的方法进行对比分析。通过对小型无人机实际飞行的视频影像数据进行处理,实验结果表明,本文所提出的方法有效的解决了无人机大漂移视频稳像问题。
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