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中国舰船研究院硕士学位论文开题报告研究生姓名：专业：导师：培养单位：2012年4月20日填报说明一、研究生必须通过学位课程考试，并取得不少于《培养方案》所规定的学分后才可提交本报告。二、本报告由研究生在导师指导下于第三学期内填好，经导师审签后交研究生管理部门。三、研究生以提交本报告的日期作为论文开始的日期。四、开题报告参考提纲：1．论文选题的目的和意义；2.国内外本课题研究动态；3.文献综述与分析；4．论文立题的论证；5．论文的主要工作；6.论文的主要技术难点；7．论文的进度安排与完成的时间；8.参考文献。目录舰船图像全景拼接的电子稳像技术...............................................................................................1应用研究...........................................................................................................................................11、课题提出背景及研究意义.................................................................................................12、国内外本课题研究动态.....................................................................................................22.1国外最新进展.............................................................................................................22.2国内最新进展.............................................................................................................33、文献综述.............................................................................................................................33.1电子稳像....................................................................................................................43.2图像拼接....................................................................................................................64、论文立题的论证及实验方案的设想.................................................................................84.1论文立题的论证.........................................................................................................84.2论文实验方案的设想...............................................................................................134.3论文的主要工作.......................................................................................................135、主要技术难点...................................................................................................................146、进度安排...........................................................................................................................147、参考资料...........................................................................................................................151舰船图像全景拼接的电子稳像技术应用研究1、课题提出背景及研究意义舰船在海面航行时往往需要进行大视角场景的观察，普通摄像机视角相对较小，并且在获取宽视野场景图像时，拍摄的场景越大，得到的图像分辨率就越低；而全景相机、广角镜头等不仅价格昂贵，并且失真比较严重。因此在实际应用中，通常是将摄像头扫描一定角度，将拍摄的图像存储到计算机中，利用计算机逐帧进行大视角的图像拼接后再实时输出到电视系统供人观察。海面大视角场景图拼接技术的实现依赖于摄像头采集的图像的清晰度和稳定度，舰船在海面行驶时，除了沿航向角运动，还会受到风浪的影响产生横摇、纵倾和上下起伏，导致电视系统输出图像不稳定，从而影响图像拼接的质量。所以在拼接之前，要采取一些方法和措施来消除或减轻这些图像抖动和旋转，即稳像技术。稳像技术在军事和民用等领域中早已具有广泛应用。在制导方面，大型的制导、火控系统以及小型的自搜索的导引头由于活动基座对成像面的影响，军事武器性能会大幅度下降，使用稳像技术可以大大提高这些武器系统的运动攻击性能和精确度；在航空摄影方面，尽管无人机、军用卫星等搜集图像信息能力逐步增强，然而由于载体高度较高以及相机焦距有限，单张图像很难完全包含感兴趣的区域，为了得到更多目标区域的信息，需要进行大视角场景图的拼接，但由于载体姿态变化和振动的影响，视频图像的抖动将严重影响图像拼接的质量，稳像技术则可以保证图像信息快速、高效的使用；在民用摄录系统中，稳像技术的应用使得系统能够自动克服非人为运动造成的图像模糊，确保系统的成像质量。目前，国内外的稳像技术[1]可以分为机械稳像、光学稳像和电子稳像三类。(1)机械稳像在一些大型的武器系统中，往往将整个仪器置于稳定平台上。而在一些小型导弹导引头或电视摄像头中，是将整个光学系统稳定起来。在这些系统中使用机电的方法来达到稳像目的，因此称为机械式稳像。这种系统像面是运动的，为后续图像处理系统增加了困难。(2)光学稳像2在一些光学仪器中用光学的方法实现图像稳定，称为光学稳像。在这里，一般是在光路中设置光学元件作为对不稳定图像的补偿。光学稳像方法不须将整个仪器或光学系统稳定，因此减轻了被稳定物的重量，同时物镜和像面均是固定的，便于对图像进一步处理，目前的稳像光学仪器广泛采用该方法。(3)电子稳像电子稳像方法就是采用直接从像面上来确定像偏移，并进行补偿的方法。这时被摄对象和摄像系统之间的相互运动向量决定于图像偏移测量系统，图像偏移测量系统可以是这样或那样的算法，该算法就是对图像进行处理来分离出运动向量。与传统的光学稳像、机电结合的稳像方法相比，电子稳像具有易于操作，更精确，更灵活，体积小以及价格低，能耗小等特点，同时由于大规模集成电路技术的不断提高，又便于实现设备的小型化。2、国内外本课题研究动态2.1国外最新进展90年代后，随着数字图像处理技术和计算机技术的迅猛发展，以美国和加拿大为首的西方国家率先采用稳定算法和图像重组的方法实现图像的稳定，进一步使电子稳像系统向小型化、实时性、高精度的方向发展。这些成果主要应用在侦察车的侦察系统、目标跟踪系统、无人驾驶越野车中的导航系统等方面。其中，加拿大DREV（DefenseResearchEstablishmentValcartier）[2]研究机构根据国防要求，研制成功安装在侦察车10m高的桅杆上的实时监视系统中的稳像装置，其图像处理、稳像速度达到30帧/秒，满足实时性要求，系统的稳像精度为1个像元；由美军军事研究实验室ARL（ArmyResearchLaboratory）研制的应用在无人驾驶越野车上的稳像系统，其稳像精度已优于1个像元；以色列[3]耶路撒冷的希伯莱大学计算机科学院，对静止的场景中由于摄像机自身运动所导致的图像模糊进行了研究；Ben-Gurion大学计算机和电子工程系也在进行稳像技术的研究，他们认为运动模糊主要影响运动方向上图像的特征，而其它方向上图像的特征受到的影响则有所不同，利用模糊系统的点扩散函数，通过对模糊图像的滤波处理，可以得到清晰的图像；意大利的FAIR从1990年开始致力于研究图像稳定技术在运动物体跟踪和遥操作中的应用；日本的MatsushitaElectricIndustrial3CoLtd，开发出应用模糊理论的和采用感应线圈的手持可稳像摄像机；HitachiLtd开发出稳定频率在1Hz时为18dB的手持摄像机；韩国的三星公司研制出以边缘匹配为基础的应用于数字图像稳定装置的适应性运动决定系统。2.2国内最新进展1999年中国科学院长春光机所开始对电子稳像技术的原理和应用范围进行研究[4][5][6]，并对船载摄像系统获取的图像序列进行初步地稳定，取得了一定的效果。航天三院第八三五八研究所新发明一种电子稳像装置，通过数据处理单元将采集的滚动角度信号转化为时间信息，采样单元在检测到起始点位置后延时时间之后，再进行视频信号的采样，可以有效实现机载推扫成像在飞行器滚动方向上的实时稳像，装置结构简单，稳像效果明显。随着稳像技术的需求日益广泛，近年来不少研究者致力于该技术的研究。北京理工大学[7]提出一种多矢量平均法，成功运用于DAM6416图像处理平台上，该算法简单快捷，尤其对镜头扫描运动过程有很好的响应；国防科技大学[8]研究人员将改进的Kanade-Lucas-Tomasi算法用于特征提取，提出了一种新的基于灰度投影均值的特征匹配算法，在微机上稳定单帧图像仅需24.7ms；清华大学[9]研究人员提出了基于帧间运动估计和惯性运动模型并同运动滤波器方案相结合的视频稳定方法，具有较好的稳定效果。综观国内外电子稳像技术的研究。其发展趋势为：(1)应用在大口径、长焦距的电视摄像系统中。大口径、长焦距可扩大监测范围，在战场上获得更全面的信息。而焦距越长，载体的运动几乎与焦距成比例地影响图像的稳定性。电子稳像是直接对图像进行处理，稳像的精度是图像的屏幕精度，与焦距关系不大，所以电子稳像是解决长焦距图像失稳的好方法。(2)稳定精度从一个像元提高到1/2、l/4个像元或更高精度。(3)采用高速的硬件设备增强图像处理功能采用高分辨率的CCD摄像机在解决分辨力的同时也使图像信息量增大，所以采用高速、大存储量的硬件设备才能保证图像的实时稳定。3、文献综述海面周视系统由电子稳像和图像拼接两部分组成，先由电子稳像保持输入图像序列的稳定，再将这些图像序列进行拼接，形成大视角场景图实时输出。43.1电子稳像电子稳像是利用电子设备和数字图像处理技术相结合的方法，通过检测估计当前图像与参考图像之间的运动矢量，并利用其补偿当前帧图像，从而消除或减轻视频图像序列的不稳定，获取清晰而稳定的视频图像序列。成像时，因摄像机安装在运动的载体上，载体运动使摄像机产生运动，造成了参照物体在两帧图像上位置的差别。从监视器上来看，由