基于TMS320C642電子穩(wěn)像算法的實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種解決視頻圖像抖動(dòng)問題的電子穩(wěn)像方法，系統(tǒng)利用灰度投影算法和德州儀器公司的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器芯片TMS320DM642實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)像。文中提出了電子穩(wěn)像性能的基本要求，介紹了穩(wěn)像的基本原理，根據(jù)要求選擇了穩(wěn)像算法，從而設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件框圖，并完成了算法的仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法穩(wěn)效果好，且達(dá)到準(zhǔn)確性要求。
關(guān)鍵詞：電子穩(wěn)像；灰度投影算法；數(shù)字信號(hào)處理器

電子穩(wěn)像集合了計(jì)算機(jī)、數(shù)字圖像處理和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)為一體的新一代實(shí)現(xiàn)圖像序列穩(wěn)定的綜合性技術(shù)。實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是衡量電子穩(wěn)像系統(tǒng)的兩個(gè)重要指標(biāo)。因此，電子穩(wěn)像算法要體現(xiàn)其優(yōu)越性，就要滿足實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1 基于灰度投影的電子穩(wěn)像算法
1．1 電子穩(wěn)像基本原理
電子穩(wěn)像(Electronic Image Stabilization，EIS)是集電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理、視頻圖像處理等為一體的實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像序列穩(wěn)定的技術(shù)。電子穩(wěn)像技術(shù)中最基本的是像移補(bǔ)償技術(shù)是直接從像面上通過檢測(cè)參考圖像和被比較圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，然后利用算法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。穩(wěn)像的基本原理：(1)根據(jù)圖像序列或視頻的各種信息進(jìn)行局部運(yùn)動(dòng)估計(jì)。(2)進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)。(3)經(jīng)過運(yùn)動(dòng)估計(jì)后取得運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。(4)根據(jù)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，并最終取得穩(wěn)定的輸出序列。由此可知，獲得圖像的全局運(yùn)動(dòng)矢量是電子穩(wěn)像的前提條件?；玖鞒倘鐖D1所示。對(duì)于全局運(yùn)動(dòng)矢量可以通過灰度投影算法獲得。

1．2 灰度投影算法
灰度投影算法(Projection Algorithm，PA)是利用圖像灰度分布變化的特點(diǎn)得到圖像幀間運(yùn)動(dòng)矢量。對(duì)于灰度細(xì)節(jié)豐富、直方圖無明顯特征、對(duì)比度差的圖像難以識(shí)別特征量，尋找特征量不僅無法保證所需的穩(wěn)像精度，更難以滿足穩(wěn)像的實(shí)時(shí)性要求。針對(duì)此種圖像序列，用灰度投影法來實(shí)現(xiàn)圖像運(yùn)動(dòng)矢量的準(zhǔn)確獲取，從而達(dá)到穩(wěn)定圖像序列的目的。視頻圖像序列是圖像的灰度發(fā)生變化的圖像序列，各種運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)算法均是以灰度變化為依據(jù)。投影算法能充分利用圖像的灰度變化這一特點(diǎn)，較準(zhǔn)確地估計(jì)出圖像的運(yùn)動(dòng)矢量。此算法的優(yōu)點(diǎn)是：灰度曲線匹配速度快，從而提高了穩(wěn)像速度，適用于圖像照度變化導(dǎo)致的灰度變化的情況?；叶韧队八惴ㄊ菍?shí)現(xiàn)只含平移運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)較小的圖像序列電子穩(wěn)像的較理想算法。
(1)灰度映射。
灰度映射就是把每一幀輸入的初始的二維圖像信息映射成為兩個(gè)獨(dú)立的一維波形，如下為列投影的映射方法

式(1)～式(3)中，Colk(j)為第k幀圖像第j列的灰度值；Curk(i，j)是第k幀圖像上(i，j)位置上的像素值；NC是列數(shù)，ColProjk(j)是第k幀圖像第j列修正后的投影值。行方向灰度投影映射的算法可以同理推出。