题目：面向室外监控的数字稳像技术研究

随着多媒体和网络技术的迅速发展，视频在室外监控特别是侦察监视中得到了广泛的应用，但在获取视频信息时，摄像机等视频采集设备及其工作平台常因不规则运动使得拍摄的视频产生抖动现象，会给室外监控系统带来许多不良的影响，因此研究能够消除或者降低视频抖动的稳像技术是十分必要的。

室外监控视频特别是侦察监视视频场景复杂、噪声大，抖动类型既有平移又有旋转、存在主动运动，对实时性、抗干扰性以及主观效果等均有较高要求，而现有的大多数稳像算法都是通用型的或者结合特殊领域而进行研究的，难以满足室外监控视频复杂场景下实时稳像需求，为此本文在深入研究室外监控视频特点的基础上针对全局运动矢量估计、主动运动和抖动量的准确分离以及运动补偿等方面展开了研究工作，主要包括以下几个方面：

1.提出了亚像素相位相关与多子块协同相结合的快速准确的全局运动矢量估计方法

固定平台下室外监控视频具有抖动范围大、环境噪声和运动目标干扰、实时性要求高等特点，现有方法难以在保证精度的基础上达到实时处理的要求。本文采用下采样技术与快速亚像素相位相关法相结合的方式计算单个子块的运动矢量，在保证计算精度的基础上提高计算速度；利用多子块协同去除局部运动目标的干扰，保证了算法的准确性。实验结果表明，该方法具有速度快、准确度高、环境适应性强、计算复杂度低等特点。

2.提出了先验知识与SIFT方法相结合的具有旋转处理的快速全局运动矢量估计方法

机载平台室外监控系统既有摄像机的主动扫描，又有平台的主动运动，抖动既包含平移又包含旋转，现有算法没有充分利用机载平台视频抖动的特点，存在计算精度不高、难以达到实时处理等问题。本文在分析机载平台视频的运动特点的基础上提出了机载平台视频的近似运动模型，总结了机载视频数字稳像先验知识，并提出了先验知识与SIFT特征相结合的具有旋转处理的快速全局运动矢量估计方法。利用先验知识降低SIFT方法特征点提取的数量、简化特征点的描述方法，降低了计算复杂度；结合旋转不变特性，准确剔除误匹配特征点对，保证了算法的准确性；最后采用近似模型计算出旋转量和平移抖动量。实验结果表明，该方法有效利用了机载平台视频特征，在保留了SIFT算法的精度及抗干扰性的同时还大幅降低了计算复杂度。

3.提出了符合运动特性的卡尔曼滤波参数自适应调整的运动校正方法

运动校正的目的是从全局运动矢量中准确区分主动运动和抖动运动。运动校正的结果应当同时符合主动运动和抖动的特点，但现有的方法大都关注了主动运动的低频特性，但对抖动的往复性特点考虑较少。为此，本文提出了符合运动特性的卡尔曼滤波参数自适应调整的运动校正方法。首先分析了主动运动与抖动的运动特性并提出了主动运动的平稳性和抖动的往复性的数学描述方法，针对固定参数卡尔曼滤波方法会导致出现过稳或者欠稳的现象，研究了上述两个特性与卡尔曼滤波参数之间的关系并提出了卡尔曼滤波参数自适应调整的方法，使得运动校正结果能够兼顾主动运动平稳性和抖动往复性，实验表明，该方法能够准确确区分主动运动和抖动，结果更符合客观实际。

4.提出了基于临近适合帧的低存储运动补偿方法

运动补偿的目的就是利用历史数据，填充因抖动而产生空白区域，因而运动补偿直接影响稳像后的视觉效果。目前多帧联合补偿法的效果较好，但需要存储大量的历史数据，但一般的实时处理系统的存储空间都比较小，难以直接使用这些方法。为此，本文提出了基于临近适合帧的低存储运动补偿方法，针对有无主动运动两种情况分别研究了运动补偿的方法。当无主动运动时，采用基于对角线四缓冲区的运动补偿方法，仅需存贮四帧数据即可实现最临近适合帧的选择、补偿及更新；对于有主动运动的情况，在建立四缓冲区的基础上又增加了预存数据缓冲区，采用在缓冲区中搜索最优补偿帧的策略，仅需存储六帧数据即可达到较好的运动补偿效果。实验表明，所提出的补偿方法具有主观效果好，计算简单，所需要的存贮资源少等特点。