[发明专利]一种适用于空间机器人视觉系统的快速数字稳像方法

摘要

本发明公开了一种适用于空间机器人视觉系统的快速数字稳像方法，涉及一种快速数字稳像技术，由图像预处理、局部运动估计、全局运动估计、运动滤波和运动补偿等五部分组成。本发明在对图像预处理的基础上采用ORB特征点提取算法能够快速精确的对前后帧图像进行特征点提取和匹配，具有时间和精度上的优势。得到匹配点对后利用豪斯赫尔德变换法和广义矩阵法能够精确求解出全局运动矢量，为后续的运动滤波和补偿奠定基础。然后采用阻尼系数法能够保留随机抖动运动分量，消除正常扫描分量。最后利用帧间全局运动矢量的线性组合对单帧图像的各个像素点进行位置调整得到稳定的视频图像序列。时间复杂度较低，预测和补偿精度较高。

主权项

一种适用于空间机器人视觉系统的快速数字稳像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)图像采集：利用单目相机采集连续两帧图像It‑1(x,y)和It(x,y)；2)图像预处理：对采集到的图像It‑1(x,y)和It(x,y)分别进行中值滤波、维纳滤波和灰度化处理，得到图像对It‑1(x’,y’)和It(x’,y’)，其中It‑1(x’,y’)定义为参考帧，It(x’,y’)定义为当前帧；3)局部运动估计：对It‑1(x’,y’)和It(x’,y’)利用ORB算法进行特征提取，在对步骤2)得到的两幅图像进行检测，并使用rBRIEF得到二进制位串的关键点描述符，在关键点匹配的过程中距离的描述使用Hamming距离，在匹配点搜索的过程中，使用KD树数据结构，最后采用阈值法剔除错误的匹配点对；4)全局运动估计：根据步骤3)得到的匹配点对，采用最小二乘法，利用豪斯赫尔德变换法和广义矩阵法求解出所有运动参数；5)运动滤波：采用阻尼系数法，设置有衰减因子的一阶线性自回归函数对步骤4)得到的运动参数进行平滑处理，保留随机抖动运动分量，消除正常扫描分量；6)运动补偿：根据步骤5)得到的随机抖动运动矢量进行判断，如果当前帧图像的抖动运动矢量超过设定的阈值，则重置当前帧为起始帧；否则，以每个单帧图像的抖动运动矢量对每个单帧图像进行运动补偿，即利用帧间全局运动矢量的线性组合对单帧图像的各个像素点进行位置调整，并写入视频文件，得到稳定的视频图像序列。