CN107911615B - 一种灰度投影稳像方法及系统 - Google Patents
一种灰度投影稳像方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种灰度投影稳像方法及系统，该方法包括，获取当前帧的参考帧以及当前帧，并获取二者的灰度投影直方图，所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图用S2表示；所述当前帧的灰度投影直方图用S1表示；获取S1的平移向量最大值；通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；判断所述S1的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果，进而判断是否将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧。本发明的该方法或系统实时更新参考帧，保留了图像信息的完整性、扩展了稳像方法的稳像探视范围，解决了原有稳像方法探视范围小，稳定性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及稳像领域，特别是涉及一种灰度投影稳像方法及系统。
背景技术
稳像技术的目的是为了解决载体运动连带摄像机运动造成图像序列抖动的问题，隔离外部对瞄准、定位以及成像等系统的扰动。
传统的基于灰度投影的稳像方法需要对原始图像进行裁剪，牺牲掉一部分图像信息，缩小了摄像头的可视范围，并且传统的稳像方法中参考帧固定，在当前帧与参考帧的差异过大时无法匹配，方法失效，车辆在行进过程中景色不断变化，传统的稳像方法不更新参考帧，当景色与最初时刻差异较大时，就无法对当前帧进行实时稳定，而且对于无人非道路车辆，路面不平度较大，车辆颠簸程度剧烈，需要稳像的范围大，传统的稳像方法探视的范围狭窄不能满足车辆实际的使用需求。因此，有必要提供新的一种灰度投影稳像方法，来解决现有技术中的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种灰度投影稳像方法及系统，实时更新参考帧，保留了图像信息的完整性、扩展了稳像方法的稳像探视范围，解决了原有稳像方法探视范围小，稳定性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种灰度投影稳像方法，所述方法包括：
获取当前帧的参考帧，根据所述当前帧的参考帧获取所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图，所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图用S2表示；
获取当前帧，根据所述当前帧获取所述当前帧的灰度投影直方图，所述当前帧的灰度投影直方图用S1表示；
获取所述S1的平移向量最大值，所述平移向量最大值用H表示；
通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
判断所述S1的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
当所述判断结果表示所述S1的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
当所述判断结果表示所述S1的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧。
可选的，所述获取所述当前帧的灰度投影直方图和所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图具体包括：
所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的行灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该行第i个点的灰度值；c表示图像的列数；
所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的列灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该列第i个点的灰度值；r表示图像的行数。
可选的，所述获取所述S1的平移向量最大值具体包括：
将摄像设备采集到的第一帧作为参考帧，将除所述参考帧以外的其他帧作为当前帧，采用惯性测量单元作为测量工具，测量所述摄像设备的角度；
获取所述惯性测量单元的输出角度；
获取所述摄像设备的输出角度；
比较所述惯性测量单元的输出角度和所述摄像设备的输出角度，得到误差角度值；
当所述误差角度值等于所述预先设定误差值的时，根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值。
可选的，所述获取所述惯性测量单元的输出角度具体包括：
获取所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值；
获取所述惯性测量单元采集的参考帧对应的绝对角度值；
将所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值和参考帧的绝对角度值做差，得到所述惯性测量单元的输出角度。
可选的，所述获取所述摄像设备的输出角度具体包括：
获取所述摄像设备采集的所述当前帧和参考帧之间的相对位移量；
根据所述相对位移量计算所述摄像设备的输出角度，计算公式如下：
y＝Ax+b，其中x为相对位移量，y为摄像设备的输出角度，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关。
可选的，所述根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值具体计算公式如下：
H＝Ah+b，其中h为所述误差角度值，H为所述S1的平移向量最大值，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关。
可选的，所述通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量具体包括：
1)程序初始化；
2)将行序号初始化，r＝0；
3)将所述S1移动-H+r个像素点，判断所述S1各行是否在所述S2的重叠区域；
4)若所述S1各行在所述S2的重叠区域，则将所述S1和S2对应的行灰度值做差，若所述S1各行不在所述S2的重叠区域，则直接读取所述S1该行的灰度值；
5)将所述S1和S2对应的行灰度值的差值和所述S1该行的灰度值累加至变量SumY；
6)将所述-H+r和SumY成对排列；
7)比较所述-H+r与H的大小，若-H+r大于等于H，则执行步骤8)，否则r＝r+1，重新返回步骤3)；
8)将所述SumY变量由小到大排序，输出SumY最小时对应的-H+r的值。
可选的，所述S1的平移向量最大值为H，取0.8倍作为更新参考帧的条件。
可选的，当所述S1的平移向量大于等于0.8H小于等于H时，取当前帧为新参考帧，并记录此时的平移向量作为累加量，累加至下一次平移向量中。
本发明还另外提供一种灰度投影稳像系统，系统包括：
图像获取模块，用于获取所述当前帧、所述当前帧的参考帧、所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图；
平移向量最大值获取模块，用于获取所述S1的平移向量最大值；
匹配模块，通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
判断模块，用于所述S2的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
第一确定模块，用于当所述判断结果表示所述S2的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
第二确定模块，用于当所述判断结果表示所述S2的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种灰度投影稳像方法，根据匹配情况实时更新参考帧，保留了图像信息的完整性、扩展了稳像方法的稳像探视范围，解决了原有稳像方法探视范围小，稳定性差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种灰度投影稳像方法流程图；
图2为本发明实施例惯性测量单元的输出角度和摄像设备的输出角度示意图；
图3为本发明实施例当前帧与参考帧匹配流程图；
图4为本发明实施例一种灰度投影稳像系统结构图；
图5(a)为本发明实施例参考帧与当前帧匹配示意图；
图5(b)为本发明实施例参考帧与当前帧匹配后的示意图；
图6为本发明实施例所述参考帧和所述当前帧匹配效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种灰度投影稳像方法，实时更新参考帧，保留了图像信息的完整性、扩展了稳像方法的稳像探视范围，解决了原有稳像方法探视范围小，稳定性差的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种灰度投影稳像方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：获取当前帧的参考帧，根据所述当前帧的参考帧获取所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图，所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图用S2表示；
步骤102：获取当前帧，根据所述当前帧获取所述当前帧的灰度投影直方图，所述当前帧的灰度投影直方图用S1表示；
所述步骤101和所述步骤102具体包括：所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的行灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该行第i个点的灰度值；c表示图像的列数；
所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的列灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该列第i个点的灰度值；r表示图像的行数。
步骤103：获取所述S1的平移向量最大值，所述平移向量最大值用H表示；
具体的，所述获取所述S1的平移向量最大值具体包括：
将摄像设备采集到的第一帧作为参考帧，将除所述参考帧以外的其他帧作为当前帧，采用惯性测量单元作为测量工具，测量所述摄像设备的角度；
获取所述惯性测量单元的输出角度；
获取所述摄像设备的输出角度；
比较所述惯性测量单元的输出角度和所述摄像设备的输出角度，得到误差角度值；
当所述误差角度值等于所述预先设定误差值的时，根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值。
具体的，所述获取所述惯性测量单元的输出角度具体包括：
获取所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值；
获取所述惯性测量单元采集的参考帧对应的绝对角度值；
将所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值和参考帧的绝对角度值做差，得到所述惯性测量单元的输出角度，所述惯性测量单元的输出角度为当前帧的相对角度值。
具体的，所述获取所述摄像设备的输出角度具体包括：
获取所述摄像设备采集的所述当前帧和参考帧之间的相对位移量；
根据所述相对位移量计算所述摄像设备的输出角度，计算公式如下：
y＝Ax+b，其中x为相对位移量，y为摄像设备的输出角度，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，单位为弧度/像素，即rad/pixel，所述b与参考帧的绝对角度有关，对比相对姿态角时，b值相消减去，没有影响。
步骤104：通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
步骤105：判断所述S1的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
步骤106：当所述判断结果表示所述S1的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
步骤107：当所述判断结果表示所述S1的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧。
图2为本发明实施例惯性测量单元的输出角度和摄像设备的输出角度示意图，如图2所示，针对本实施例中型号为Bumblebee摄像设备，A＝0.12，当仰角达到7.1°时，惯性测量单元的输出角度和摄像设备的输出角度误差开始增大，通过转换，带入公式H＝Ah+b，即可得到当前帧和参考帧的相对平移量，此时即为当前帧和参考帧能够匹配的极限位置。
图3为本发明实施例当前帧与参考帧匹配流程图，如图3所示，通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量，具体包括：
1)程序初始化；
2)将行序号初始化，r＝0；
3)将所述S1移动-H+r个像素点，判断所述S1各行是否在所述S2的重叠区域；
4)若所述S1各行在所述S2的重叠区域，则将所述S1和S2对应的行灰度值做差，若所述S1各行不在所述S2的重叠区域，则直接读取所述S1该行的灰度值；
5)将所述S1和S2对应的行灰度值的差值和所述S1该行的灰度值累加至变量SumY；
6)将所述-H+r和SumY成对排列；
7)比较所述-H+r与H的大小，若-H+r大于等于H，则执行步骤8)，否则r＝r+1，重新返回步骤3)；
8)将所述SumY变量由小到大排序，输出SumY最小时对应的-H+r的值。
因为累加量最小时，平移后的当前帧的灰度投影直方图与当前帧的参考帧的灰度投影直方图的重叠概率最大。
具体的，所述S1的平移向量最大值为H，取0.8倍作为更新参考帧的条件。
具体的，当所述S1的平移向量大于等于0.8H小于等于H时，取当前帧为新参考帧，并记录此时的平移向量作为累加量，累加至下一次平移向量中。
图4为本发明灰度投影稳像系统结构图，如图4所示，该系统包括：
图像获取模块201，用于获取所述当前帧、所述当前帧的参考帧、所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图；
平移向量最大值获取模块202，用于获取所述S1的平移向量最大值；
匹配模块203，通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
判断模块204，用于所述S2的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
第一确定模块205，用于当所述判断结果表示所述S2的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
第二确定模块206，用于当所述判断结果表示所述S2的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧。
具体的，所述图像获取模块201具体包括：
灰度值获取单元，用于获取所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的行灰度投影值和所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的列灰度投影值。
所述平移向量最大值获取模块202具体包括：
惯性测量单元输出角度获取单元，用于获取所述惯性测量单元的输出角度；
摄像设备输出角度获取单元，用于获取所述摄像设备的输出角度；
输出角度比较单元，用于比较所述摄像设备的输出角度和所述惯性测量单元的输出角度；
计算单元，用于根据所述惯性测量单元的输出角度和所述摄像设备的输出角度，得到误差角度值；
平移向量最大值计算单元，用于根据所述误差角度值计算所述平移向量最大值。
图5(a)为本发明实施例参考帧与当前帧匹配示意图，如图4所示，移动所述当前帧，移动的同时辨别出所述当前帧与所述参考帧的重叠区域，图中Δy表示当前帧的平移量，x-y为参考帧和当前帧的重叠区域，x-w，y-z为参考帧和当前帧的非重叠区域。
图5(b)为本发明实施例参考帧与当前帧匹配后的示意图。
图6为本发明实施例所述参考帧和所述当前帧匹配效果图。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种灰度投影稳像方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前帧，根据所述当前帧获取所述当前帧的灰度投影直方图，所述当前帧的灰度投影直方图用S1表示；
获取当前帧的参考帧，根据所述当前帧的参考帧获取所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图，所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图用S2表示；
获取所述S1的平移向量最大值，所述平移向量最大值用H表示；
通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
判断所述S1的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
当所述判断结果表示所述S1的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
当所述判断结果表示所述S1的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧；或者取0.8倍的H作为更新参考帧的条件，当所述S1的平移向量大于等于0.8H小于等于H时，取当前帧为新参考帧，并记录此时的平移向量作为累加量，累加至下一次平移向量中；
所述获取所述S1的平移向量最大值具体包括：
将摄像设备采集到的第一帧作为参考帧，将除所述参考帧以外的其他帧作为当前帧，采用惯性测量单元作为测量工具，测量所述摄像设备的角度；
获取所述惯性测量单元的输出角度；
获取所述摄像设备的输出角度；
比较所述惯性测量单元的输出角度和所述摄像设备的输出角度，得到误差角度值；
当所述误差角度值等于预先设定误差值时，根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值；
所述获取所述惯性测量单元的输出角度具体包括：
获取所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值；
获取所述惯性测量单元采集的参考帧对应的绝对角度值；
将所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值和参考帧的绝对角度值做差，得到所述惯性测量单元的输出角度；
所述获取所述摄像设备的输出角度具体包括：
获取所述摄像设备采集的所述当前帧和参考帧之间的相对位移量；
根据所述相对位移量计算所述摄像设备的输出角度，计算公式如下：
y＝Ax+b，其中x为相对位移量，y为摄像设备的输出角度，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关；
所述根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值具体计算公式如下：
H＝Ah+b，其中h为所述误差角度值，H为所述S1的平移向量最大值，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关；
所述通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量具体包括：
1)程序初始化；
2)将行序号初始化，r＝0；
3)将所述S1移动-H+r个像素点，判断所述S1各行是否在所述S2的重叠区域；
4)若所述S1各行在所述S2的重叠区域，则将所述S1和S2对应的行灰度值做差，若所述S1各行不在所述S2的重叠区域，则直接读取所述S1该行的灰度值；
5)将所述S1和S2对应的行灰度值的差值和所述S1该行的灰度值累加至变量SumY；
6)将所述-H+r和SumY成对排列；
7)比较所述-H+r与H的大小，若-H+r大于等于H，则执行步骤8)，否则r＝r+1，重新返回步骤3)；
8)将所述SumY变量由小到大排序，输出SumY最小时对应的-H+r的值。
2.根据权利要求1所述的一种灰度投影稳像方法，其特征在于：
所述获取所述当前帧的灰度投影直方图和所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图具体包括：
所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的行灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该行第i个点的灰度值；c表示图像的列数；
所述当前帧的灰度投影直方图、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图的列灰度投影值的计算公式为：Gi表示图像该列第i个点的灰度值；r表示图像的行数。
3.一种灰度投影稳像系统，其特征在于，所述灰度投影稳像系统包括：
图像获取模块，用于获取当前帧、所述当前帧的参考帧、所述当前帧的灰度投影直方图S1、所述当前帧的参考帧的灰度投影直方图S2；
平移向量最大值获取模块，用于获取所述S1的平移向量最大值；
匹配模块，通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量；
判断模块，用于判断所述S1的平移量是否大于所述平移向量最大值，得到判断结果；
第一确定模块，用于当所述判断结果表示所述S1的平移量大于所述平移向量最大值时，将所述当前帧作为下一帧图像的参考帧；
第二确定模块，用于当所述判断结果表示所述S1的平移量小于所述平移向量最大值时，将所述当前帧的参考帧作为下一帧图像的参考帧；
所述获取所述S1的平移向量最大值具体包括：
将摄像设备采集到的第一帧作为参考帧，将除所述参考帧以外的其他帧作为当前帧，采用惯性测量单元作为测量工具，测量所述摄像设备的角度；
获取所述惯性测量单元的输出角度；
获取所述摄像设备的输出角度；
比较所述惯性测量单元的输出角度和所述摄像设备的输出角度，得到误差角度值；
当所述误差角度值等于预先设定误差值时，根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值；
所述获取所述惯性测量单元的输出角度具体包括：
获取所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值；
获取所述惯性测量单元采集的参考帧对应的绝对角度值；
将所述惯性测量单元采集的当前帧的当前姿态的绝对角度值和参考帧的绝对角度值做差，得到所述惯性测量单元的输出角度；
所述获取所述摄像设备的输出角度具体包括：
获取所述摄像设备采集的所述当前帧和参考帧之间的相对位移量；
根据所述相对位移量计算所述摄像设备的输出角度，计算公式如下：
y＝Ax+b，其中x为相对位移量，y为摄像设备的输出角度，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关；
所述根据所述误差角度值得到S1的平移向量最大值具体计算公式如下：
H＝Ah+b，其中h为所述误差角度值，H为所述S1的平移向量最大值，A为转换系数，含义为每像素对应的角度，所述A＝视野/像素值，所述b与参考帧的绝对角度有关；
所述通过移动所述S1对所述S1和所述S2进行匹配，得到所述S1的平移量具体包括：
1)程序初始化；
2)将行序号初始化，r＝0；
3)将所述S1移动-H+r个像素点，判断所述S1各行是否在所述S2的重叠区域；
4)若所述S1各行在所述S2的重叠区域，则将所述S1和S2对应的行灰度值做差，若所述S1各行不在所述S2的重叠区域，则直接读取所述S1该行的灰度值；
5)将所述S1和S2对应的行灰度值的差值和所述S1该行的灰度值累加至变量SumY；
6)将所述-H+r和SumY成对排列；
7)比较所述-H+r与H的大小，若-H+r大于等于H，则执行步骤8)，否则r＝r+1，重新返回步骤3)；
8)将所述SumY变量由小到大排序，输出SumY最小时对应的-H+r的值。
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