淺議視頻穩像技術的應用

摘 要：隨著我國科學技術的不斷發展，視頻拍攝設備在人們的日常生活和工作中得到廣泛的應用。但由于在拍攝的視頻都會出現抖動， 公路的視頻監控設備由于風吹震動等造成監控視頻晃動，及車輛攝像設備的晃動，都為視頻拍攝帶來了極大的影響。視頻穩定技術逐漸引起了人們的關注，視頻穩像技術主要是去除視頻中的抖動信息，來改善人們的視覺感受和效果，有利于人的觀測和判別。本文將對視頻穩像技術進行淺要地探討。

關鍵詞：視頻穩像技術 視頻拍攝 抖動信息 探討

視頻穩像技術最早應用于軍事領域，特別是在航空航天，導彈跟蹤、識別等領域。穩像技術的發展分為三個階段，光學穩像、機械穩像和電子穩像。同時傳統的穩像技術流程分為全局運動估計，運動濾波，運動補償和圖像補償四個階段。視頻穩像技術主要是采用了一系列的穩像算法，來對視頻設備的原始采集視頻信息進行相關處理，去除抖動信息，視頻穩像技術已經成為了視頻處理應用中不可缺少的一部分。

1 視頻穩像技術的分類

1.1 由于視頻穩像技術的重要性，我國對穩像技術進行了深入的探究，視頻穩像一般分為三類，光學穩像、機械穩像和電子穩像。其中光學穩像技術主要是利用自動光學元件來適應調整光路，來補償攝像平臺抖動引起的圖像運動，得到視頻穩像的效果。由于光學穩像技術不需要對整個攝像儀器進行穩定，極大減少了穩像系統的自重，在軍事和醫療器材等領域都得到了廣泛的應用。折射光學元件的方法和發射光學方法是光學穩像技術的主要兩種方法。

1.2 機械穩像技術主要是利用了陀螺傳感器來檢測攝像平臺的抖動，進行相應的調整來達到視頻穩像的效果。一般機械穩像技術采用的平臺穩定房市，通過慣性元器件來檢測運動物體的變化情況，將輸出信號放大來驅動電機維持攝像設備的穩定。其中平臺穩定方式分為一級穩定和二級穩定兩個部分，一級穩定技術主要是運用了框架系統來充當光電傳感器的平臺，通過利用陀螺傳感器來檢測攝像平臺的抖動，將檢測情況利用信號來反饋給框架系統來進行相應的調整，以達到視頻穩像的目的。二級穩像技術時基于一級穩像技術上，來解決精度要求較高的視頻穩像，其主要是利用了反射鏡系統來保持視頻的穩定，進一步提高穩定的精度。

1.3 電子穩像技術主要是基于連續視頻進行運動估計，來對視頻的圖像進行運動濾波和運動補償處理，來達到視頻穩像的目的。由于隨著我國電子科學技術的發展，和目前現代視頻穩像技術的發展要求和方向，逐漸重視對電子穩像技術的研究，因為電子穩像技術具有體積小、更精確、便于操作和智能化等優點，電子穩像技術得到了廣泛的應用。電子穩像技術基于光電傳感器原理和數字圖像相結合而研發出來的，主要是利用了數字圖像處理技術來檢測參考圖像和比較圖像之間的運動位移來進行圖像補償，來減少視頻圖像的不穩定系數，以得到清晰的穩定視頻圖像。

2 視頻穩像技術中的方法

2.1 基于運動估計的算法，運動估計算法主要由選取運動模型和估計模型參數兩個組成，其中運動估計中是利用了系統的應用環境、參數的敏感性和模型的特點等因素來對攝像設備的運動模型的選取。不同的運動模型是采用二維線性變化來進行描述，主要用于不同參數的矩陣表達和不同應用環境的視頻穩像技術。在傳統的視頻穩像的框架系統中，運動估計的方法有基于圖像塊的方法、基于空間像數灰度信息方法、基于特征的方法、基于變換域的方法等

2.2 基于圖像塊的運動估計方法中，其方法主要是通過輸入圖像的濾波后，將圖像分為4個區域，其中每個區域選取30個代表點，利用代表點來檢測每個區域的運動矢量，在通過對運動矢量進行分析，消除每個區域的不適用的運動矢量，并對檢測的圖像塊中的運動矢量，來控制圖像儲存器中的讀出位置，來消除視頻圖像中的抖動信息。基于灰度攝像的方法主要是利用了視頻信息中的灰度信息，來通過圖像幀間的一維相關特性，對視頻圖像幀間的局部運動信息進行計算，來達到視頻穩定的目的。基于空間像數灰度信息的方法具有運算量小和噪聲影響較小的特點。基于變換域的算法中，變換域方法主要是利用圖像從空間域中映射到變換域中，經過分析視頻圖像的變換域幅值和相位特性來進行圖像的運動估算。基于特征點的算法中，一般是通過特征點相對應的視頻圖像幀間的關系來進行運動估算。

2.3 通過對運動參數的獲取后，需要將運動估計方法中得到的視頻圖像幀間的運動參數進行運動濾波的處理，去除運動矢量中的抖動信息，在對當前圖像幀進行運動補償，來達到視頻圖像的穩像要求。其中運動濾波處理方法主要分為基于數字信息處理方法和基于運動參數的處理方法。運動補償主要是對視頻的全局運動估計進行相應的修正，來使視頻圖像運動信息和抖動信息分析，獲取穩定的視頻圖像，運動補償方法主要分為兩類，基于參數濾波和基于軌跡平滑。其中基于參數濾波的方法主要是通過獲取的濾波，進過處理將視頻圖像中的運動曲線的抖動分量進行去除。在經過運動補償運算后，得到圖像中像數點的坐標可能不在當前圖像幀范圍內，因此還需要對結合前一個幀對應的圖像信息進行補充或者直接將該區域直接去除，來獲得清晰穩定的視頻圖像。

總結：隨著我國電子科學技術的不斷發展，對視頻質量要求也越來越高，視頻穩像技術主要用于去除視頻中的抖動信息，極大地改善了視頻中物體的運動的流暢。視頻穩像技術在民用和軍事等領域的發揮著巨大的作用。但在視頻穩像技術還存在許多不足之處，我們應該不斷對視頻穩像技術進行探索研究，結合國內外工程的案例，進行綜合分析，不斷完善視頻穩像技術，來提高視頻質量。

參考文獻：

[1]韓卿.《基于特征跟蹤的電子穩像技術研究》[D]，西安電子科技大學，2007.

[2]陳碩.《視頻圖像的數字穩像系統設計與目標識別》[D]，西安電子科技大學， 2009.

[3]李慧娟.《基于DSP的電子穩像系統的研究與實現》[D]，西安電子科技大學，2009.

[4]高曉明.《電子穩像系統主要算法研究》[D]，西安科技大學，2008.

[5]梁維偉.《基于投影的數字視頻穩像技術研究》[D]，大連理工大學，2011.