車載穩(wěn)像系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)

車載成像技術(shù)是一種將成像設(shè)備置于車載平臺的遠(yuǎn)距離、非接觸獲取目標(biāo)圖像的技術(shù)和方法，是未來汽車智能化的關(guān)鍵。但是由于攝像機(jī)隨車體晃動導(dǎo)致輸出的圖像序列不穩(wěn)定，圖像序列晃動量較大，易使觀察者產(chǎn)生疲勞，也會嚴(yán)重影響后續(xù)處理的精度，因此，必須對車載圖像序列進(jìn)行穩(wěn)定。

　　目前，車載穩(wěn)像技術(shù)使用較多的算法為特征點法和灰度投影法。特征點法能對任意形式的圖像運動進(jìn)行運動矢量估計，但在處理一些畫質(zhì)較差，特征貧乏的圖像時，精度往往很低，很難適應(yīng)車載視頻穩(wěn)像的各種環(huán)境變化;灰度投影法只能處理只含平移運動和較小旋轉(zhuǎn)運動的情況，且要求圖像有一定的對比度。而車載視頻往往拍攝時路況環(huán)境比較復(fù)雜，如雨霧天氣，這就給算法處理的精度帶來很大影響。本文針對這種情況，采用小波的方法對圖像進(jìn)行預(yù)處理，提高灰度投影法在車載穩(wěn)像應(yīng)用中的抗干擾能力。

　　1 車載穩(wěn)像系統(tǒng)框圖

　　電子穩(wěn)像是利用電子設(shè)備和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的方法，通過計算選定的參考幀圖像和被比較的當(dāng)前幀圖像的運動矢量，再根據(jù)獲得的運動矢量按照某種準(zhǔn)則對當(dāng)前圖像進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除或減輕圖像序列幀間的隨機(jī)抖動，獲得穩(wěn)定的圖像序列。

　　電子穩(wěn)像作為車載穩(wěn)像系統(tǒng)中的核心部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　其中，全局運動矢量估計是整個穩(wěn)像系統(tǒng)的關(guān)鍵，它決定了穩(wěn)像精度和耗時性。

　　1.1 運動矢量估計算法

　　通過對高速路抖動特點的分析，并且對目前在電子穩(wěn)像中常用的運動估計算法進(jìn)行各自優(yōu)缺點的比較，本系統(tǒng)決定采用灰度投影算法進(jìn)行全局運動矢量估計。

　　灰度投影算法：投影法是利用圖像總體灰度變化規(guī)律來確定圖像運動矢量的一種方法，它不必對圖像上的每一點做相關(guān)運算，而是利用圖像的灰度投影曲線做一次相關(guān)運算，因此它的運算量小，運動估計速度快，容易滿足實時性要求，同時抑制噪聲的能力較強(qiáng)，并且在精度上也能較好地滿足要求。

　　該算法首先通過投影公式將每一幀二維圖像映射成兩個一維波形，其行列灰度值累加表示為：

　　式中：Ik(i)代表第k幀圖像第i行的灰度值，Ik(i)代表第k幀圖像第j列的灰度值，Gk(i,j)為第k幀圖像上(i,j)處的像素灰度值。

　　為了避免因圖像抖動導(dǎo)致圖像邊緣信息發(fā)生變化，而影響互相關(guān)計算出的互相關(guān)曲線峰值，在進(jìn)行互相關(guān)計算前，對圖像進(jìn)行余弦濾波，去除圖像邊界信息波形而完整保留中心區(qū)域波形，減小邊界信息對互相關(guān)計算的影響，提高計算精度。投影濾波后，對參考幀和當(dāng)前幀各分量的兩條曲線進(jìn)行相關(guān)計算，找到兩條曲線的惟一谷值，即可確定出當(dāng)前幀相對于參考幀的行列運動偏移量。相關(guān)運算的公式為：

　　式中：colc(n)和colr(n)分別為第i幀和參考幀的在一個方向上的灰度投影值，J為兩曲線中進(jìn)行相關(guān)運算的單位長度，m為位移矢量相對于參考幀在一側(cè)的搜索寬度，即允許的最大正負(fù)抖動范圍，m在1至2m+1間取值。當(dāng)C(k)為最小值時，此時k=Kmin，則第i幀圖像相對于參考幀圖像在一個方向上的位移矢量為：

　　以水平方向為例，vi為正時，表明當(dāng)前幀相對參考幀向右移了|vi|個像素;為負(fù)時，表明向左移了|vi|個像素。同樣的方法，可以得到垂直方向的位移矢量。