[发明专利]一种基于光流相机的云台稳像系统

说明书

一种基于光流相机的云台稳像系统，该发明是一种可以实现对高速相机进行稳像处理的系统；主要包括云台模块、主相机模块、光流相机模块和处理模块。该云台稳像系统通过光流相机模块检测主相机模块的实时运动信息并进行运动滤波，然后根据运动信息对不稳定视频图像序列进行按帧运动补偿，从而达到视频稳像的目的。本发明对传统云台稳像系统进行改进，解决了实际应用中稳像精度不高且速度慢的问题，满足稳像精度和实时性要求，并降低了成本和开发难度。

技术领域

本发明属于视频稳像领域，更为具体的讲，涉及一种基于光流相机的云台稳像系统。

背景技术

由于平台运动导致的视频图像序列的非稳定性，严重影响摄像系统的采集视频质量，不利于后续的视频处理和目标识别等操作；为了消除视频抖动并改善成像质量，常用方法是通过云台稳像系统实现对摄像系统的运动补偿进而实现机械稳像。云台稳像系统通常由驱动板、电机和惯性测量单元组成；应用在车载、船载或者手持摄像系统中的摄像设备通常被放置在云台稳像系统上，云台通过固定的惯性测量单元实时检测由于环境抖动导致的姿态变化信息，并反馈给摄像姿态调控系统，然后经过放大后驱动电机等机械设备来重新调整摄像系统的位置以补偿摄像系统的运动，从而达到稳定视频图像序列的目的，但是传统基于机械稳像的云台稳像系统往往只能补偿由于旋转运动引起的图像旋转量，而无法有效补偿平移运动导致的图像偏移量。

随着摄像系统的小型化以及稳像精度要求的不断提高，单纯的云台稳像系统容易受到固有机械谐振频率的制约，使得很难进一步提高稳像精度；利用快速反射镜结构虽然能够突破机械谐振的限制，但是增加了结构的复杂程度和运行成本。此外应用机械运动方式进行运动补偿的云台稳像系统通常稳像速度较慢，不适用于高速相机稳像环境，更高的稳像精度和稳像速度往往对云台的硬件结构要求更高，随之而来的是运行成本和开发难度的增加，成为限制云台稳像系统应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明的技术解决问题是：设计了一种基于光流相机的云台稳像系统，解决了由于摄像系统抖动导致的视频图像序列不稳定的问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于光流相机的云台稳像系统，其特征在于：包括：

云台模块：主要由驱动板、电机和惯性测量单元组成，载有光流相机模块和主相机模块，通过测量周围环境的抖动信息并控制电机实现机械稳像；

主相机模块：位于云台模块的上方，采用短焦光学结构镜头，用于对周围环境进行光学成像，获取所需环境图像信息；

光流相机模块：位于云台模块的上方，采用长焦光学结构镜头，用于采集连续多帧实时运动图像序列，并通过分析计算获得第M帧图像相对于上一帧图像沿两轴的实时像素偏移量(ε_x(M),ε_y(M))；

处理模块：接收主相机模块采集的图像序列和光流相机模块输出的实时像素偏移量(ε_x(M),ε_y(M))，并应用累加定标原理确定出主相机模块所采集的第N帧图像相对于上一帧图像沿两轴的总像素偏移量(S_x(N),S_y(N))，然后执行数据处理程序实现运动滤波并获得用于稳像的主相机模块所采集的第N帧图像相对于上一帧图像间沿两轴抖动像素偏移量(e_x(N),e_y(N))，最后利用该抖动像素偏移量对不稳定视频图像序列进行运动补偿，进而实现稳像。

其中，所述云台稳像系统既能补偿由于相机旋转运动引起的图像旋转，也能补偿图像偏移量，克服了传统云台稳像系统无法有效补偿图像偏移量的问题；所述云台稳像系统采用光流相机模块作为运动信息捕捉器件；