机载电子稳像技术综述
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视输—Ｉ 频入＋
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稳图 定像
图 １ 电子 稳 像 系 统 框 图
Ｆ ｇ Ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｅ ｅ ｔｏ ｉ ｍａ ｅ ｓａ ｉ ｚ ｔ ｎ ｓ ｓ ｅ ｉ ．１ ｌ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｉ ｇ ｔ ｂ ｌ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ｏ
第２ ０卷 第 ２ 期 １
Ｖｏ ．０ １２
Ｎｏ２１ ．
电子 设计 工程
Ｅｌｃ ｒ ｎｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎｇ
２１ ０ ２年 １ １月
ＮＯ ２０１ Ｖ． ２
机 载 电 子稳 像技 术 综述
马志 强 ，陈广居 ． 一 ，单 勇 ，聂晓 斐 － 一 ，张 晓 燕
稳 像 技 术 的 发展 趋 势
关 键 词 ：电子 稳 像 ；运 动 估 计 ；运 动 补 偿 ；运 动 滤 波 ；图像 补 偿
中 图 分 类 号 ： Ｎ １ ．３ Ｔ ３ １ Ｔ ９ １ ： Ｐ ９ ７
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ ４ ６ ３ （ ０ ２ ２ — １ １ ０ １ ７ — ２ ６ ２ １ ）０ ０ ７ — ５
（．ｎｔｕｅｏ ｎｏｍａｏ ｄＮ ｖ ａｉ ， ｉＦ ｒｅＥ ｇｎｅｉｇＵ ｉ ｒｔ ， ｉａ １０ ７ Ｃ ｉａ １ Ｉｓ ｔｔ ｆＩ ｒ ｔ ｎａ ａｉ ｏ Ａ ｒ ｏｃ ｎｉｅｒ ｎｖ ｓ ｙ Ｘ ’ｎ７ ０ ７ ， ｈｎ ； ｉ ｆ ｉ ｎ ｇ ｎ ｔ ｎ ｅｉ
２ Ｕ ｉ９ ７ ０ｏ 咒 Ａ， ｉｎｈ ｎ ６ ２ ，Ｃ ｉａ ３ Ｆ ｃｏ ７ １ｏ 儿 Ａ， ｈ＇ｚｕ ｎ ５ ２ ８ Ｃ ｉａ ． ｎｔ ４ ５ ｆ Ｌａｃ ｅｇ３ ２０ ｈｎ ； ． ａｔｒ ５ ２ ６ ｙ ｆ Ｓ ｏａｈ ａｇ０ ０ ０ ， ｈｎ ） ｉ
ｐｒ ｂ ｅ ｏ ｈｅｅｅ ｔｏ ｉ ｍａ ｅｓａ ｌｚ ｔｏ Ｆｉ ｌｙ，ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔｔｅ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ． ｏ ｌ ｍｓｆｒｔ ｌｃ ｒ ｎ ｃｉ ｇ ｔｂｉｉａ ｉｎ． ｎａｌ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍ ｎ ｒ ｎｄ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｉ ｇ ｔｂ ｌ ａｉｎ；ｍｏｉｎ ｅ ｔ ｔ ｎ；ｍｏ ｉｎ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉｎ；ｍｏ ｉｎ ｆ ｔｒ ｍａ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅｅ ｔｏ ｉ ｍａ ｅ ｓａ ｉ ｚ ｔ ｉ ｏ ｔ ｓｉ ｉ ｏ ｍａ ｏ ｔ ｏ ｅ ｓｔ ｏ ｏ ｔ ｌ ；ｉ ｇ ｏ ｅ ｓ ｔ ｏ ｉｅ ｏ
列 中 不 必 要 的 随机 抖 动 干 扰 。 为 后 续 的 视 频 处 理 创 造 良好 的条 件 。
wenku.baidu.com
动 补 偿 算 法 来 消 除 或 减 轻 摄 像 机 的 随 机 抖 动 对 视 频 图像 的
干 扰 ， 现 图 像 序 列 的稳 定 。 实 电 子 稳 像 系 统 框 图 如 图 １ 示 ， 要 由 运 动 估 计 、 动 所 主 运 补 偿 和 图像 补 偿 ３大 模 块 组 成 。
稳 像 技 术 经 历 了机 械 稳 像 、 学 稳 像 和 电 子 稳 像 ３个 发 光
展阶段日 。其 中 电 子 稳 像 是 一 种 新 兴 技 术 ， 集 电子 学 、 算 它 计
机 和 图像 识 别 等 技 术 于 一 体 ． 用 算 法 设 计 直 接 确 定 图 像 序 采 列 映 射 关 系 ， 而 消 除 抖 动 ， 到 稳 定 序 列 。与 前 两 种 方 法 相 进 得 比， 电子 稳 像 系 统 具 有 易 于 操 作 ， 像 精 度 高 ， 活 性 强 ， 稳 灵 体 积小 、 量轻 、 重 能耗 低 以 及 高 智 能 化 的 实 时 处 理 等 优 点 。利 用 电子 稳 像 技 术 实 现 视 频 图 像 序 列 稳 定 是 现 代 稳 像 技 术 的 主
机 载 电 子 稳 像 技 术 是 从 航 摄 图 像 序 列 的 帧 间差 别 中 ， 估 计 代 表 摄 像 机 运 动 的参 数 ， 根 据 运 动 参 数 判 断 这 种 运 动 是 并
属 于 随 机 抖 动 ． 是 人 为 使 摄 像 机 的 扫 描 运 动 ， 后 通 过 运 还 然
失 误 等 因 素 ， 成 摄像 机等 视 频 采 集 设 备 发生 不 规 则 运 动 ， 造 使 得 拍 摄 的航 空 视 频 产 生 不 稳 定 现 象 ， 致 视 频 图 像 序 列 质 量 导 下 降 ， 面 出 现模 糊 ， 键 目标 无 法 清 晰展 现 。这 些 不 稳 定 的 画 关 视 频 图 像 序 列 ， 在 诸 多 不 利 后 果 ： 引 起 人 工 视 觉 疲 劳 而 存 易 导 致 漏 判 和 误 判 ： 算 机 处 理 算 法 难 度 加 大 ； 法 进 行 高 效 计 无 压 缩 存 储 ； 动 目标 的 跟 踪 、 别 困难 而 使 得 武 器 性 能 下 降 。 运 识 因 此 ， 必 要 研 究 机 载 稳 像 处 理 技 术 … 以 去 除 视 频 序 有 ，
图像 补 偿 则 是 为 了得 到 视 觉 效 果 良好 的 图像 。
２ 机 载 电子 稳 像 关 键 算 法 分 析
２１ 运 动估 计算 法分 析 ．
频 图 像 序 列 ， 匹 配 精 度 将 会 下 降 ：） 受 局 部 运 动 的影 响 。 其 ３易 如 果 局 部 运 动 物 体 存 在 于 背 景 图像 中 ， 么 会 对 行 列 投 影 曲 那
Ａｎ ｏ ｅ ｖ ｅ ｏ ｌ ｃ ｒ ｎｉ ｍ ａ ｅ ｓ ａ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｒ ｏ ｎ ｙ ｔ ｍ ｖ ｒ ｉｗ ｎ ｅｅ ｔ ｏ ｃ ｉ ｇ ｔ ｂ ｌｚ ｔｏ ｆｔ ｉ ｂ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ
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基 金 项 目 ： 西 省 自然科 学基金 （０ ｏＭ８ ｌ ） 中国博 士后 科 学基金 （０ ０ ４ １３ ） 中 国博 士后 特 别 基金 （ｏ １ ４ ８ ） 陕 ２ １Ｊ ０ ４ ； ２ １ ０７ ８ ８ ； ２ ｌ０ ７ ７ 作 者 简 介 ： 志 强 （９ ８ ） 男 ， 东威 海 人 ， 士 ， 马 １６ 一 ， 山 硕 副教 授 。 研 究 方 向 ： 多媒 体技 术 ， 事 宽 带通 信 网 。 军
稳 像 系 统 的 主 要 运 算 时 间 ，决 定 了 稳 像 系 统 的速 度 和 精 度 。 经 典 的 运 动 估 计 法 主要 有 ： 匹 配 法 、 影 匹配 法 、 平 块 投 位 面 法ｌ ５ ｊ 征 法 。 和特 等
２１１ 块 匹 配 法 ．．
位 平 面法 是 较 新 的 一 种 对 运 动 矢 量 进 行 估 计 的方 法 ， 该
线 的 相关 运 算 产 生影 响 ． 低 了全 局 运 动 矢 量 的估 计 精度 。因 降 此 ， 高 投影 算 法 对 局 部 运 动物 体 的抗 十扰 能 力 足 必 要 的 提
２１３ 位 平 面 法 ．Ｉ
快 速 准 确 的 运 动 估 计 算 法 是 稳 像 系 统 的 核 心 ， 占据 了 它
要发展方 向
收 稿 日期 ：０ ２ ０ —１ ２ １— ６ ４ 稿 件 编 号 ：０２ ６０ ２ １０ １４
其 中 ， 动估 计 是 指 计 算 图 像 序 列 中 当 前 帧 相 对 于 参 考 运 帧 的 全 局 运 动 失 量 ， 由 摄 像 机 参 数 或 者 位 置 变 化 而 引 起 的 即 整 个 图像 的变 化 ： 动 补 偿 就 是 利 用 运 动 估 计 的结 果 对 当前 运 图 像 进 行 补 偿 ， 留摄 像 系 统 正 常 的 有 意 扫 描 运 动 ， 去 除 保 而 随机 抖动 ： 图像 补 偿 用 于 电子 稳 像 的 后 期 完 善 ， 供 完 整 的 提
－
１ — ７１
《 电子设 计工 程￣ ｏ ２年 第 ２ ２１ ０期
果 去 除 不 必要 的 随 机 抖 动 ，从 而达 到 图 像 序 列 稳 定 的 目的 ； 估 计 精 度 ， 响 了稳 像 效 果 ； ） 度 投 影 法 对 于识 别 处 理 只 影 ２灰 含 平 移 运 动 或 较 小 旋 转 运 动 的视 频 图像 序 列 ，有 较 好 的 效 果， 而对 于 处 理 含 有 缩 放 或 者 较 大 旋 转 等 其 他 运 动 变 化 的 视
全 帧 视 觉 效 果 。电 子 稳像 系 统 中 ３个 方 面 是 紧 密 联 系 的 。其
中 ， 动 估 计 是 占用 时 间 最 多 ， 度 要 求 最 高 的 关 键 部 分 ， 运 精 是 稳 像 算 法 的关 键 环 节 ； 运 动 补 偿 则 是 根 据 运 动 矢 量 估 计 结 而
稳 像 是 指 运 用 相 关 设 备 和算 法 程 序 ， 采 录设 备 获 取 的 对
图 像进 行处 理 ． 获 得 平稳 的适 于人 观 察 的 图像 序 列 的 过 程 。 以
航 空 摄 影 时 ， 于 空 气 涡 流 、 风 、 速 不 均 匀 、 影 员 操 作 由 侧 风 摄
１ 机 载 电 子 稳像 基 本 原 理
（． １ 空军 工 程 大 学 信 息与 导航 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ７ ； ． ４ ５ １ ０ ７ ２ ９ ７ ０部 队 福 建 连 城 ３ ６ ０ ； ６ ２ ０ ３ 中 国人 民解 放 军 第 ５ ２ 工 厂 河北 石 家庄 ０ ０ ０ ） ． ７１ ５ ２ ８
摘 要 ：对 近 年 来 机 载 电子 稳 像 技 术 的 研 究 现 状 进 行 了 综 述 ． 先 分 析 了 电 子 稳 像 的 基 本 原 理 。 后 对 电 子 稳 像 关键 首 然 技 术 的 研 究 进展 进 行 了 归纳 总结 ， 出 了各 算 法 的优 缺 点 ， 给 出 了 目前 机 载 电 子稳 像 存 在 的 问题 ： 后 分 析 了电 子 指 并 最
视输—Ｉ 频入＋
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稳图 定像
图 １ 电子 稳 像 系 统 框 图
Ｆ ｇ Ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｅ ｅ ｔｏ ｉ ｍａ ｅ ｓａ ｉ ｚ ｔ ｎ ｓ ｓ ｅ ｉ ．１ ｌ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｉ ｇ ｔ ｂ ｌ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ｏ
第２ ０卷 第 ２ 期 １
Ｖｏ ．０ １２
Ｎｏ２１ ．
电子 设计 工程
Ｅｌｃ ｒ ｎｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎｇ
２１ ０ ２年 １ １月
ＮＯ ２０１ Ｖ． ２
机 载 电 子稳 像技 术 综述
马志 强 ，陈广居 ． 一 ，单 勇 ，聂晓 斐 － 一 ，张 晓 燕
稳 像 技 术 的 发展 趋 势
关 键 词 ：电子 稳 像 ；运 动 估 计 ；运 动 补 偿 ；运 动 滤 波 ；图像 补 偿
中 图 分 类 号 ： Ｎ １ ．３ Ｔ ３ １ Ｔ ９ １ ： Ｐ ９ ７
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ ４ ６ ３ （ ０ ２ ２ — １ １ ０ １ ７ — ２ ６ ２ １ ）０ ０ ７ — ５
（．ｎｔｕｅｏ ｎｏｍａｏ ｄＮ ｖ ａｉ ， ｉＦ ｒｅＥ ｇｎｅｉｇＵ ｉ ｒｔ ， ｉａ １０ ７ Ｃ ｉａ １ Ｉｓ ｔｔ ｆＩ ｒ ｔ ｎａ ａｉ ｏ Ａ ｒ ｏｃ ｎｉｅｒ ｎｖ ｓ ｙ Ｘ ’ｎ７ ０ ７ ， ｈｎ ； ｉ ｆ ｉ ｎ ｇ ｎ ｔ ｎ ｅｉ
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稳 像 技 术 经 历 了机 械 稳 像 、 学 稳 像 和 电 子 稳 像 ３个 发 光
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机 载 电 子 稳 像 技 术 是 从 航 摄 图 像 序 列 的 帧 间差 别 中 ， 估 计 代 表 摄 像 机 运 动 的参 数 ， 根 据 运 动 参 数 判 断 这 种 运 动 是 并
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图像 补 偿 则 是 为 了得 到 视 觉 效 果 良好 的 图像 。
２ 机 载 电子 稳 像 关 键 算 法 分 析
２１ 运 动估 计算 法分 析 ．
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Ａｎ ｏ ｅ ｖ ｅ ｏ ｌ ｃ ｒ ｎｉ ｍ ａ ｅ ｓ ａ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｒ ｏ ｎ ｙ ｔ ｍ ｖ ｒ ｉｗ ｎ ｅｅ ｔ ｏ ｃ ｉ ｇ ｔ ｂ ｌｚ ｔｏ ｆｔ ｉ ｂ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ
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基 金 项 目 ： 西 省 自然科 学基金 （０ ｏＭ８ ｌ ） 中国博 士后 科 学基金 （０ ０ ４ １３ ） 中 国博 士后 特 别 基金 （ｏ １ ４ ８ ） 陕 ２ １Ｊ ０ ４ ； ２ １ ０７ ８ ８ ； ２ ｌ０ ７ ７ 作 者 简 介 ： 志 强 （９ ８ ） 男 ， 东威 海 人 ， 士 ， 马 １６ 一 ， 山 硕 副教 授 。 研 究 方 向 ： 多媒 体技 术 ， 事 宽 带通 信 网 。 军
稳 像 系 统 的 主 要 运 算 时 间 ，决 定 了 稳 像 系 统 的速 度 和 精 度 。 经 典 的 运 动 估 计 法 主要 有 ： 匹 配 法 、 影 匹配 法 、 平 块 投 位 面 法ｌ ５ ｊ 征 法 。 和特 等
２１１ 块 匹 配 法 ．．
位 平 面法 是 较 新 的 一 种 对 运 动 矢 量 进 行 估 计 的方 法 ， 该
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２１３ 位 平 面 法 ．Ｉ
快 速 准 确 的 运 动 估 计 算 法 是 稳 像 系 统 的 核 心 ， 占据 了 它
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收 稿 日期 ：０ ２ ０ —１ ２ １— ６ ４ 稿 件 编 号 ：０２ ６０ ２ １０ １４
其 中 ， 动估 计 是 指 计 算 图 像 序 列 中 当 前 帧 相 对 于 参 考 运 帧 的 全 局 运 动 失 量 ， 由 摄 像 机 参 数 或 者 位 置 变 化 而 引 起 的 即 整 个 图像 的变 化 ： 动 补 偿 就 是 利 用 运 动 估 计 的结 果 对 当前 运 图 像 进 行 补 偿 ， 留摄 像 系 统 正 常 的 有 意 扫 描 运 动 ， 去 除 保 而 随机 抖动 ： 图像 补 偿 用 于 电子 稳 像 的 后 期 完 善 ， 供 完 整 的 提
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１ — ７１
《 电子设 计工 程￣ ｏ ２年 第 ２ ２１ ０期
果 去 除 不 必要 的 随 机 抖 动 ，从 而达 到 图 像 序 列 稳 定 的 目的 ； 估 计 精 度 ， 响 了稳 像 效 果 ； ） 度 投 影 法 对 于识 别 处 理 只 影 ２灰 含 平 移 运 动 或 较 小 旋 转 运 动 的视 频 图像 序 列 ，有 较 好 的 效 果， 而对 于 处 理 含 有 缩 放 或 者 较 大 旋 转 等 其 他 运 动 变 化 的 视
全 帧 视 觉 效 果 。电 子 稳像 系 统 中 ３个 方 面 是 紧 密 联 系 的 。其
中 ， 动 估 计 是 占用 时 间 最 多 ， 度 要 求 最 高 的 关 键 部 分 ， 运 精 是 稳 像 算 法 的关 键 环 节 ； 运 动 补 偿 则 是 根 据 运 动 矢 量 估 计 结 而
稳 像 是 指 运 用 相 关 设 备 和算 法 程 序 ， 采 录设 备 获 取 的 对
图 像进 行处 理 ． 获 得 平稳 的适 于人 观 察 的 图像 序 列 的 过 程 。 以
航 空 摄 影 时 ， 于 空 气 涡 流 、 风 、 速 不 均 匀 、 影 员 操 作 由 侧 风 摄
１ 机 载 电 子 稳像 基 本 原 理
（． １ 空军 工 程 大 学 信 息与 导航 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ７ ； ． ４ ５ １ ０ ７ ２ ９ ７ ０部 队 福 建 连 城 ３ ６ ０ ； ６ ２ ０ ３ 中 国人 民解 放 军 第 ５ ２ 工 厂 河北 石 家庄 ０ ０ ０ ） ． ７１ ５ ２ ８
摘 要 ：对 近 年 来 机 载 电子 稳 像 技 术 的 研 究 现 状 进 行 了 综 述 ． 先 分 析 了 电 子 稳 像 的 基 本 原 理 。 后 对 电 子 稳 像 关键 首 然 技 术 的 研 究 进展 进 行 了 归纳 总结 ， 出 了各 算 法 的优 缺 点 ， 给 出 了 目前 机 载 电 子稳 像 存 在 的 问题 ： 后 分 析 了电 子 指 并 最