24、基于加速度计的安全监控系统数字视频稳定技术

基于加速度计的安全监控系统数字视频稳定技术

1. 引言

经典的使用摄像机的安全监控系统广为人知。在某些情况下，尤其是军事用途，高分辨率的摄像机是必需的。此时，不仅要检测物体的运动，还需要对物体进行识别和跟踪。系统识别物体后，应能跟踪该物体，使自动存储系统或操作员能始终将被跟踪物体置于视频序列或屏幕中央。

监控系统的放置位置对输出视频流至关重要。若高分辨率摄像机手持或放置在移动对象上，视频流质量会很差。虽然将摄像机放在稳定支架上是理想选择，但支架过高会使摄像机受周围环境影响，如风力、路面不平、海浪等。因此，视频流中的图像稳定是必要的，这样重要物体才能始终位于屏幕同一位置。

摄像机的运动可分为两种类型：
- 弱抖动：水平和垂直方向约 ±10° 变化，频率为小分数赫兹。
- 强抖动：水平和垂直方向变化超过 ±10°，频率达数十赫兹。

对于弱抖动，纯软件（数字）图像稳定即可解决问题；而强抖动仅靠软件无法稳定，需要额外的硬件，如基于伺服电机单元或气动/液压单元的硬件，不过本文主要介绍基于加速度计的解决方案。用于数字图像稳定的硬件计算单元由两个连接了 FPGA 和 SDRAM 的 DSP 处理器组成，其目的是为数字图像稳定算法提供足够的计算能力。

2. 图像稳定算法

图像稳定算法主要由三部分组成：运动估计、运动平滑和运动补偿。
- 运动估计 ：估计多个局部运动向量，并据此计算全局运动向量。
- 运动平滑 ：对估计的全局运动向量进行滤波和积分，平滑计算值，防止与过去计算的运动向量出现大的不良差异。
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