基于TMS320C642電子穩像算法的實現

摘要：介紹了一種解決視頻圖像抖動問題的電子穩像方法，系統利用灰度投影算法和德州儀器公司的定點數字信號處理器芯片TMS320DM642實現電子穩像。文中提出了電子穩像性能的基本要求，介紹了穩像的基本原理，根據要求選擇了穩像算法，從而設計了系統的硬件框圖，并完成了算法的仿真。實驗結果表明，該算法穩效果好，且達到準確性要求。
關鍵詞：電子穩像；灰度投影算法；數字信號處理器

電子穩像集合了計算機、數字圖像處理和數字信號處理等技術為一體的新一代實現圖像序列穩定的綜合性技術。實時性和準確性是衡量電子穩像系統的兩個重要指標。因此，電子穩像算法要體現其優越性，就要滿足實時性和準確性。

1 基于灰度投影的電子穩像算法
1．1 電子穩像基本原理
電子穩像(Electronic Image Stabilization，EIS)是集電子技術、計算機、數字信號處理、視頻圖像處理等為一體的實現數字圖像序列穩定的技術。電子穩像技術中最基本的是像移補償技術是直接從像面上通過檢測參考圖像和被比較圖像的運動矢量，然后利用算法進行補償的技術。穩像的基本原理：(1)根據圖像序列或視頻的各種信息進行局部運動估計。(2)進行全局運動估計。(3)經過運動估計后取得運動參數，然后進行綜合評價。(4)根據綜合評價的結果進行運動補償，并最終取得穩定的輸出序列。由此可知，獲得圖像的全局運動矢量是電子穩像的前提條件。基本流程如圖1所示。對于全局運動矢量可以通過灰度投影算法獲得。

1．2 灰度投影算法
灰度投影算法(Projection Algorithm，PA)是利用圖像灰度分布變化的特點得到圖像幀間運動矢量。對于灰度細節豐富、直方圖無明顯特征、對比度差的圖像難以識別特征量，尋找特征量不僅無法保證所需的穩像精度，更難以滿足穩像的實時性要求。針對此種圖像序列，用灰度投影法來實現圖像運動矢量的準確獲取，從而達到穩定圖像序列的目的。視頻圖像序列是圖像的灰度發生變化的圖像序列，各種運動矢量估計算法均是以灰度變化為依據。投影算法能充分利用圖像的灰度變化這一特點，較準確地估計出圖像的運動矢量。此算法的優點是：灰度曲線匹配速度快，從而提高了穩像速度，適用于圖像照度變化導致的灰度變化的情況。灰度投影算法是實現只含平移運動或旋轉運動較小的圖像序列電子穩像的較理想算法。
(1)灰度映射。
灰度映射就是把每一幀輸入的初始的二維圖像信息映射成為兩個獨立的一維波形，如下為列投影的映射方法

式(1)～式(3)中，Colk(j)為第k幀圖像第j列的灰度值；Curk(i，j)是第k幀圖像上(i，j)位置上的像素值；NC是列數，ColProjk(j)是第k幀圖像第j列修正后的投影值。行方向灰度投影映射的算法可以同理推出。