基于相机运动轨迹的鲁棒无人机航拍稳像算法

作     者：余松森 龙嘉濠 周诺 梁军 YU Songsen;LONG Jiahao;ZHOU Nuo;LIANG Jun

作者机构：华南师范大学软件学院广东佛山528225 

出 版 物：《郑州大学学报（工学版）》 (Journal of Zhengzhou University（Engineering Science）)

年 卷 期：2024年第45卷第5期

页      面：77-85页

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金项目(2022A1515140110) 广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金项目(重点项目)(2020B1515120089) 国家自然科学基金资助项目(61172156) 

主　　题：无人机 视频稳定 特征提取 运动估计 峰值信噪比 

摘      要：针对高空颠簸环境影响无人机采集延时稳定图像问题,提出了一种适用于悬停拍摄及移动拍摄的航拍视频防抖算法。通过无人机摄像头获取延时摄影视频,提取全局范围内的部分视频帧进行直方图分布比较,进而确定视频是否是在无人机移动状态下拍摄的,并将视频划分为包含与不包含摄像机主动运动两类。对于包含摄像机主动运动的一类,首先,采用FAST角点检测加光流法进行特征点提取配对;其次,利用RANSAC算法剔除误匹配特征点并进行摄像机运动轨迹估计;最后,利用高斯滤波对运动估计参数进行平滑以得到稳定的摄像机运动轨迹。对于不包含摄像机主动运动的一类,首先,对首帧进行网格划分并基于Harris矩阵提取各网格的特征点;其次,在后续帧对这些特征点进行光流追踪;再次,通过反向光流及Harris矩阵计算,增加特征点约束,完成特征点提取及匹配;最后,利用保留的特征点估计后续帧至首帧的稳定变换。利用该算法对视频进行场景分类及画面稳定,实验结果表明:视频分类模块能正确区分两类视频;对比其他两种方法,稳定后的视频图像平均峰值信噪比提升更大;对于不含摄像机主动运动的视频,可实现画面绝对稳定,图像平均峰值信噪比提升超过39%,而其他两种方法仅提升10%~12%。