一种基于FPGA平台的快速位平面电子稳像方法

摘要

本发明的目的在于提供一种基于FPGA平台的快速位平面电子稳像方法，首先对视频数据流进行乒乓缓存处理，并且直接抽取位图并以byte的方式进行存储，然后使用快速的位平面块匹配算法进行循环匹配，确定出全局的相邻帧间的移动矢量，进行平均滤波之后得到视频的抖动矢量。最后针对视频的随机抖动矢量进行补偿，并输出稳定视频序列。本发明可以提高稳像算法处理的并行性，通过位平面提取的方式降低存储空间消耗，对于大幅抖动也可以精确稳像，能够对超高清视频进行实时稳像。

主权项

一种基于FPGA平台的快速位平面电子稳像方法，其特征是：（1）对拍摄的视频序列进行乒乓存储，第偶数帧存储在第一视频缓存中，第奇数帧存储在第二视频缓存中，针对两个视频缓存进行图像的第4位平面提取，并将提取的位图按照字节的方式存储在第一位平面缓存和第二位平面缓存中；（2）设定与抖动幅度有关的两个参数：搜索长度和边框剪裁长度，搜索长度包括search_length_y和search_length_x，表示的是搜索算法可以搜索到的最大范围的长度；边框剪裁长度包括clip_length_y和clip_length_x，表示的是去除匹配区域之外的边框部分；①对第n帧图片进行灰度变换，根据剪裁区域的y、x方向参数确定匹配区域的大小，对中心的匹配区域进行6×6分割，此36个块即是需要匹配的块；②按照初始的搜索长度search_length_y和search_length_x，将匹配区域保持中间位置、上移search_length_y、下移search_length_y、左移search_length_x、右移search_length_x，得到五个不同位置的矩阵；将移动后的匹配区域与第n‑1帧图片相应位置进行同或运算，分别求每个匹配块的运算结果和：$D_{i,j}^k=\underset{g=0}{\overset{G}{\Sigma }}\underset{h=0}{\overset{H}{\Sigma }}|f_{n,i,j}(x+g,y+h)-f_{n-1,i,j}(x+g,y+h)|$式中k代表匹配块所处的区域，包括中mid、上up、下down、左left、右right；i、j代表匹配块在匹配区域中的行列数，分别从1～6，G、H代表每个匹配块的长和宽所占的像素总数，g、h代表当前每个匹配块的长和宽所占的像素数，f表示像素值，n表示视频帧数，x，y表示第i行第j列匹配块在k位置的起始坐标，D表示表示第i行第j列匹配块的差的绝对值的和；③比较的大小，针对每个i、j值求出五个区域中最小的D_ij和它所处的方位，并且求出每个方位最小的D_ij的个数：式中num^k表示在k方位值最小的块的个数；④比较num^mid、num^up、num^down、num^left、num^right，其中最大值代表的方位即是匹配区域在本次搜索中的最优匹配位置，根据最优块的方位对帧间偏移量mov_y，mov_x进行修正：⑤修正匹配区域的搜索长度和搜索位置：如果最佳匹配位置为mid，search_length_x、search_length_y都减半，匹配区域的起始位置保持不变；如果最佳匹配位置为up，search_length_y先减半，匹配区域的起始位置向上移动search_length_y；如果最佳匹配位置为down，search_length_y先减半，匹配区域的起始位置向下移动search_length_y；如果最佳匹配位置为left，search_length_x先减半，匹配区域的起始位置向左移动search_length_x；如果最佳匹配位置为right，search_length_x先减半，匹配区域的起始位置向右移动search_length_x；重复步骤①～⑤操作，不断剔除运动目标保留背景块，对搜索长度进行减半，修正匹配区域的搜索位置，修正帧间平移变量直到搜索长度search_length_y、search_length_x都小于1，此时所得的mov_y和mov_x即为两帧图像的偏移量；（3）根据所得的帧间运动矢量分别进行x，y两个方向的均值滤波，提取出无意义的高频随机抖动矢量，将视频帧按照抖动矢量移动相反方向进行补偿，最后输出稳定的视频序列。