基于特征匹配的电子稳像算法研究

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摘要：针对手持设备因抖动带来图像模糊问题，在分析和比较几种稳像算法的基础上，提出一种基于特征点匹配电子稳像算法。深入研究了基于特征点的电子稳像算法，且对Harris角点算法改进，简化算法，并在硬件平台实现。实验表明，该算法能满足稳定性和实时性的要求，在实际应用效果较好。

关键词：Harris角点 特征匹配 电子稳像

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0126-01

1 引言

红外热像仪广泛应用于测绘仪器、车载、监控、军事侦察、目标检测和跟踪等领域[1]。红外热像仪的视频信号经常因运动载体的运动而发生抖动，得到的图像失稳、模糊不清、分辨力下降等问题，观察者容易疲劳，图像处理和分析较困难，易引起目标误判和漏判。为了解决图像序列不稳定性，稳像技术得到一定深入研究。本文根据算法稳定性、可靠性、易于实现性，通过比较采用基于FPGA+DSP架构的硬件平台，实现基于特征匹配的电子稳像算法。

2 算法设计

考虑硬件实现及实时性，采用基于FPGA+DSP架构为核心，主要由FPGA实时采集，利用两块SDRAM对视频数据进行乒乓操作，与DSP共用RAM区域数据，采集一帧后，在DSP进行算法处理，检测相邻的帧间运动矢量，进行补偿的方法，从而得到的视频图像清晰的技术[2]。

2.1 特征点的提取

Harris和Stephens在1988年提出的一种比较有效的点特征提取算子。

（1）

，分别表示x和y方向的梯度，表示卷积。c的s两个特征值、代表自相关函数的主曲率，该点特征值较大，则认为是角点。角点检测算子为：

（2）

式中：k=0.04，。

为了提高Harris角点中实时性，减少了计算梯度引起资源消耗、算法复杂等问题，对算法进行改进，首先对每个像素周围区域像素求和，定义为积分图像，积分图在位置处的定义如下：

（3）

C值的求取需先对其高斯平滑，再求二阶导数。离散像素点可用模板卷积形成的，则用减小模板数，减小计算量。

2.2 多区域角点匹配

为了使角点具有一定的抗噪性，让特征点均匀分布，对图像进行分块处理，选择各个区域中最显著特征的点。为了减少计算量，同时满足匹配精度，文中采用的基于块匹配方法。帧间因抖动而出现图像的移动，文中采用以当前角点为中心，选择一个7*7的模板，在下一帧图像同样位置左右15个像素中搜索，找最相似的匹配块。本文为了减小乘法运算量，将最小平均值简化得求和绝对误差。定义如下：

（4）

通过求SAD最小值，得到最优匹配点。

2.3 运动参数计算及补偿

由于摄像机感光情况、噪声、图像纹理等情况影响，误匹配点较多。文中采用经典RANSAC算法，从N对匹配点中随机选出两对点，然后计算图像的变换参数A，然后对其他点进行检验，统计满足|Ax-b|

（5）

则E点的像素值为：

（6）

3 实验结果

使用文中提到的算法对连续的视频进行处理，视频大小为768*576，采用隔行隔列扫描，得到的图像为384*288。文中对其中采集的图像在上位机上用VC处理得到效果图如图1所示。

其中整幅中检测了786个响应点，但较多集中一定区域，出现聚簇现象。图（1）对这些角点进行分区域选择最大点，得到13个角点，角点分布相对较均匀，作为较明显的特征。并在硬件对现实场景进行电子稳像仿真，对图像进行偏移后，得到较好稳像效果。

4 结语

本文对Harris角点提取方法进行了改进，简化了计算过程，提高了角点检测速度，且满足精度要求。该算法在FPGA+DSP进行了实时仿真，满足在硬件对场景较丰富，场景的旋转量不大情况下，电子稳像的效果比较好，稳定性强、实时性好。但对旋转过大场景中，有些延时、丢帧现象，需要进一步改进。

参考文献

[1]赵春晖，潘泉，等.视频图像运动目标分析[M].国防工业出版社，2011.

[2]王志民，徐晓刚.电子稳像技术综述[J].中国图像图形学报，2010（3）.