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基于DSP的嵌入式电子稳像技术研究

作　者: 梁小龙
导　师: 蔡成涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电子稳像自适应最优块匹配 DSP视频处理平台
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电子稳像一种基于内容的稳像方式，具有功耗低、体积小、安装调试方便、精度高等优点，不需要预知相机的运动模型，感应相机的机械运动，只需要在相邻帧间进行计算就可求得相邻帧的运动矢量，因而在多种视频监视及观察场合有着广泛应用。本论文的主要工作是研究电子稳像算法，基于DSP的嵌入式电子稳像系统实现以及通过实验验证所提出算法的有效性。论文首先对电子稳像技术常用的灰度投影算法、代表点匹配法、位平面匹配法、块匹配法进行了深入分析，各算法之间的主要区别是相邻帧间运动矢量计算方法不同。在对算法原理及实现方法分析的基础上，对各算法逐一进行了实验验证，通过实验结果比较了各算法的优缺点及适用场合。验证了块匹配法较高的稳像精度、广泛适用性和较快的运算速度，为本论文稳像算法设计提供理论依据和实验基础。其次，为了克服传统的块匹配视频稳像算法需要预先设定判定相似度的阈值，不能完全去掉运动前景，搜索算法运算量大的缺点，本论文提出了一种自适应最优块匹配视频稳像算法，此算法对相邻两帧图像的匹配块进行二维方向上的独立搜索，能够自适应确定最优匹配位置，无需预先设定判定相似度阈值，并能够根据最优匹配位置剔除运动前景目标块。本算法针对三步搜索算法进行改进，减少了算法的匹配次数，同时相比于钻石搜索法能够有效克服局部极值点的误差影响。实验结果表明所提出的算法在视频大幅抖动以及场景中存在运动物体的情况下均能够实现有效稳像。相比于通用的PC平台DSP平台具有：灵活性高、体积小、功耗低、运行效率高等优点。本文使用TI公司达芬奇系列的一款专用图像处理芯片TMS320DM642作为硬件处理平台。DM642具有：3个可配置的视频端口、一个太网接口、一个PCI接口、一个16位通用输入/输出端口和EDMA控制器。非常适合于通用的数字图像处理算法。为了实现所提出算法的实时性、降低算法处理平台的功耗及体积，在基于DSP的嵌入式视频处理平台上对算法进行了移植及优化，成功实现了算法的嵌入式处理，使稳像视频单帧处理时间达到3.52ms，完全满足标准视频的帧率要求。最后，基于DSP嵌入式视频处理系统开展了摄像机不同运动状态、简单及复杂背景等多种模式下的电子稳像实验。通过实验表明，所提出的算法在DSP嵌入式视频处理平台上能够对摄像机二维平移运动情况进行有效稳像。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 稳像技术国内外发展现状  12-16
    1.2.1 稳像技术发展概述  12-15
    1.2.2 国外稳像方法的研究现状  15-16
    1.2.3 国内稳像方法的研究现状  16
  1.3 论文研究内容与章节安排  16-18
第2章常用电子稳像算法实验及对比分析  18-33
  2.1 电子视频稳像算法概述  18-19
  2.2 灰度投影算法的研究  19-22
    2.2.1 灰度投影算法原理  19-21
    2.2.2 灰度投影法仿真实现  21-22
    2.2.3 灰度投影算法的优劣分析  22
  2.3 代表点匹配法的研究  22-25
    2.3.1 代表点匹配法原理  23-24
    2.3.2 代表点匹配法仿真实现  24-25
    2.3.3 代表点匹配法的优劣分析  25
  2.4 位平面匹配法的研究  25-29
    2.4.1 位平面匹配法原理  26-27
    2.4.2 位平面匹配法的仿真实现  27-28
    2.4.3 位平面匹配法的优劣分析  28-29
  2.5 块匹配法的研究  29-31
    2.5.1 块匹配法原理  29-30
    2.5.2 块匹配法的仿真实现  30-31
    2.5.3 块匹配法的优劣分析  31
  2.6 常用稳像算法性能比较  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章自适应最优块匹配视频稳像算法  33-44
  3.1 视频预处理  33
    3.1.1 中值滤波  33
    3.1.2 直方图均衡化  33
  3.2 匹配过程  33-36
  3.3 运动滤波  36-37
  3.4 算法参数设置  37-38
  3.5 实验处理结果  38
  3.6 算法效果评价  38-42
    3.6.1 几种快速匹配搜索算法对比  39-41
    3.6.2 算法抗噪性试验  41
    3.6.3 与其它稳像算法性能对比  41-42
  3.7 本章小结  42-44
第4章 DSP 平台的稳像算法移植  44-62
  4.1 稳像系统嵌入式平台研究  44-50
    4.1.1 平台功能模块结构  44-45
    4.1.2 中央处理控制器结构  45-49
    4.1.3 外部存储器  49
    4.1.4 视频采集/输出模块  49
    4.1.5 系统硬件连接图  49-50
  4.2 基于模型的 m 语言开发  50-52
    4.2.1 m 语言函数调用/编写  50-51
    4.2.2 m 语言常用设计技巧  51-52
    4.2.3 m 语言到 c 语言转化  52
  4.3 DSP 平台的算法移植  52-55
    4.3.1 CCS 集成开发环境介绍  53
    4.3.2 BIOS 实时操作系统的配置  53-55
  4.4 DSP 平台的算法优化  55-60
    4.4.1 应用级优化  55-57
    4.4.2 代码级优化  57-59
    4.4.3 编译级优化  59-60
  4.5 基于 CCS 的实时稳像分析  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章 DSP 平台的稳像实验及测试  62-69
  5.1 实验系统介绍  62-63
  5.2 多种场景的稳像实验  63-68
    5.2.1 简单背景稳像效果  63-65
    5.2.2 复杂背景稳像效果  65-67
    5.2.3 多场景稳像实验结果  67-68
  5.3 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  74-75
致谢  75

基于DSP的嵌入式电子稳像技术研究

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