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基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案

1．设计任务

    高清视频电子稳像

2. 设计思路

    有时我们没法避免摄像机安装的位置处的机械震动（如车、飞机、船等），从而获得的视频也出现严重的抖动，这严重妨碍了我们的监视、分析、记录等工作。为此，我们要想方设法来消除视频的抖动。目前，大致方法如下：

    方法1：基于陀螺惯性元件的稳定平台。通过陀螺惯性元件来检测机械震动的幅值和方向，然后通过控制伺服平台来抵消这一抖动，从而维持相机安装平台处于一个稳定状态，从而获得稳定的视频。

    方法2：基于图像处理算法。通过图像算法，计算出视频帧与帧之间的相对运动，然后，通过对图像进行旋转平移等操作来抵消这种相对运动，从而获得稳定观察视频图像。

    方法1的方案目前在机载、车载、舰载光电系统中已经获得广泛的应用，且获得非常好的效果，但是由于需要高精度高动态性能的陀螺传感器和伺服平台，因而其造价、体积、重量均非常高。这些缺陷限制了这种方案的实施应用。

    方法2的方案，成本低廉，但是，“在多变的场景下稳定地精确地计算出视频帧与帧之间的相对运动”这一技术问题，在理论上就不存在一个可靠的方法，所以这种采用这种方法进行稳像，有时效果并不好，甚至会使得视频抖动得主管感觉更加糟糕。另外，由于对图像进行旋转平移等操作，也降低了视频的有效视场。所以，虽然方法2成本低廉，但是它的这些缺点使得这种方法只能作为一种廉价低档的解决方案应用于某些要求不高的场合。

    这里，我们提出一种基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案。该方案是将方法1和方法2的优势集合到一起，以获得在性能、造价、体积重要等方面的一个折中。

    通过陀螺，实时精确地检测出相机安装位置的震动幅度和方向，据此，对图像进行旋转和平移，以消除视频的抖动。这种方法具有体积小重量轻价格低稳像性能稳定可靠等特点。但由于需要对图像进行旋转平移等操作，会降低视频的有效视场，降低的幅度依赖于震动的幅度。

3．设计方案

    实施这一方案关键是要保证陀螺的震动信息与视频在时间上严格对应上。

    通过FPGA实现将陀螺检测的震动信息实时叠加到视频流中，相当于给视频流打上了标记，这样就从根本上解决了2个信息在时间上的对应问题。

    DM8168接收到视频并获得其抖动的大小和方向，通过对图像进行旋转平移等操作来抵消视频的抖动。