MATLAB电子稳像算法研究仿真(4)
3.2 电子稳像技术基本原理
电子稳像技术中最基本的技术就是像移补偿技术[11]，其基本原理是：
首先求出摄像设备的角位移量并转换成监视器上图像的运动矢量，然后通过对CCD图像传感器的行列序号重组，使其在监视器上的图像沿运动矢量的反方向移动，只有相邻帧输出的图像相同，两帧重合才会获得清晰的图像。
由上可知，电子稳像只能稳定成像面内的图像。为了防止被摄景物脱离摄像设备靶面，对于采用电子稳像技术的摄像设备靶面需要在横向和纵向上分别留出15%作为补偿区域。
电子稳像就是通过信号处理[12]的方式达到稳定图像的目的，又分为两种情况：一是辅助设备稳像，二是基于数字图像处理技术的自动稳像。
3.2.1 辅助设备稳像
辅助设备稳像主要在车载、机载和舰载等的大型载体上通过辅助设备（如水平仪、位置陀螺等）得到载体的姿态变化，在信号处理部分，利用这些姿态信息来处理图像，达到对图像的稳定作用。在机载中又称为姿态补偿技术。其系统示意图如图3.1所示。
图3.1 辅助设备稳像系统
3.2.2 自动稳像
基于数字图像处理技术的自动稳像技术，仅通过序列图像信息、算法处理摄像机采集到的图像进行稳像。这种电子稳像技术是目前稳像技术发展的主流。
由于视频序列图像在时间轴上具有较强的相关性，运动估计及运动补偿技术可以有效的减少时间关联性，基于此最常用的有三种方法：块匹配法、特征匹配法、灰度投影法等。
块匹配法是对图像不同信息[13]的处理，将图像分成一定大小的块，对块进行匹配的方法; 特征匹配法是将图像中具有特征的部分提取出来，并将其匹配的方法;灰度投影算法是将图像中的灰度信息进行统计，进行互相关运算的方法。
3.3 电子稳像技术的数学模型
为了分析视频序列帧间运动，以摄像机当前位置为参照[14]，建立CCD摄像机载体动坐标系为 ，其中 为光轴中心,像平面坐标系定义为 。摄像机运动分为两个部分:平移分量 和旋转分量 ，分别表示绕XYZ轴的平移和旋转，其中绕水平轴改变俯仰角，绕垂直轴改变方位角和绕视向滚动（视向即垂直于成像平面的轴）。假定空间坐标系中一点 移动到点 ，其相应的投影像平面坐标由 运动到 ，其焦距由 变为 。，则两点空间坐标的对应关系为
两点像平面坐标关系为 (3.2)
当旋转角度小于 ，式 可以近似为
假设摄像设备面对着一个平坦的面进行拍摄，即所有点的景深相等，或者各点景深变化远远小于平均景深，此时摄像机的平移运动就会导致二文图像的均一比例变化和平移；当旋转角度小于 ，摄像机的滚动导致图像整体旋转，同时摄像机的俯仰和偏向导致图像整体二文平移。此时可以建立2D仿射模型：
其中s是比例因子， 是平移向量， 是旋转角度。每一组匹配点对引入2个方程，则N组就产生2N个方程，由此可以求出方程 的最小二乘解。这种运动模型形式简单，求解稳定，在许多场景中得到应用。
3.4 电子稳像技术的特点
与传统的稳像方法相比，电子稳像具有易于操作，更精确，更灵活，体积小以及价格低，能耗小等特点[15]。同时由于计算机及大规模集成电路技术的不断提高，又便于实现设备的小型化。可见电子稳像方法将是观瞄或摄像系统中的更新换代的稳像方法。通过对稳像方法的比较和分析，可以发现，电子稳像的优点在于不仅可以稳定光学系统的移动，也可以对目标进行跟踪，且可能补偿任何形式的作用量，而不依赖任何支撑系统。
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