基于fpga的视频稳像系统设计与实现

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1、摘要摘要视频内部或者外部物体运动导致抖动现象，稳像系统可以尽可能获取图像偏移值并补偿，使图像从模糊变得清晰。传统的光学稳像、机械稳像成本高、功耗高、精度低，相比而言，电子稳像能够克服以上缺点，具有更优的性能。本文分析了电子稳像系统的一般设计框架和流程，由于灰度投影算法更能反映图像的整体性、运算量小，且容易移植到硬件平台上，所以本文采用灰度投影稳像算法并基于FPGA平台DEII115实现稳像系统。一般的电子稳像系统设计框架需要缓存三帧图像，即当前帧、参考帧和待显示帧。本文采用相邻帧相似原则改进系统设计方

2、案，使得本系统只需要存储一帧图像即可，把第一个当前帧作为参考帧并作行列投影，永久缓存这个参考帧的行列投影数组；后续的图像帧作为当前帧处理，并把每一帧计算得到的图像偏移值作用于下一个当前帧，这个被作用的当前帧即被补偿并实时显示，实现三帧合一，节省了硬件资源并优化了视频稳像系统的实时性。本文用硬件描述语言verilog实现灰度投影算法，难点在于数据缓存和计算复杂。灰度投影算法的有些模块需要读取同一图像两次，第一次收集统计信息，第二次再作用于图像，必需缓存图像，导致视频流中断，产生至少读取一帧图像的延时；有

3、些模块计算涉及到浮点数或者三角函数计算，硬件描述语言实现难度大，对于类似模块本文作了裁剪。另外灰度投影算法互相关计算等部分需要多次循环，导致软件在综合时难度剧增，也使系统无法实现视频稳像的实时性，本文将图像读取和灰度投影算法的循环放在一起，即，读取一个像素的同时进行一次计算，直到把循环展开分布到像素读取上，本文把处理一帧图像的时间分为上、中、下三部分，读取图像上部分像素的时间完成行列投影；读取图像中部分像素的时间完成互相关计算；读取图像下部分像素的时间完成图像偏移计算并为处理下一帧图像作变量初始化。本

4、文实现了由连续图像读取、图像稳像和图像输出三部分组成的视频稳像系统，并较好地达到了实时性、准确性和稳定度的需求，达到了稳像的目的，获得了较好的结果。关键词：视频稳像，灰度投影，FPGA，VerilogI万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTTheinternalorexternalobjectmotioninvideomaycausesthejitterphenomenon,Imagestabilizationsystemcangettheimageoffse

5、tvalueandcompensatefortheoffsetasfaraspossible.sothattheimagecanbemoreclear.ThetraditionalopticalimagestabilizationandthemechanicalimagestabilizationhavetheCharacteristicsofhighcost,highpowerconsumption,lowaccuracy,incontrast,theelectronicimagestabiliza

6、tioncanovercometheaboveshortcomingsandhavebetterperformance.Thispaperanalyzesthegeneraldesignframeworkandprocessoftheelectronicimagestabilizationsystem.Becausethegraylevelprojectionalgorithmcanreflecttheintegrityoftheimage,thecomputationissmall,andeasyt

7、otransplanttothehardwareplatform,sothispaperusesthethegrayprojectionimagestabilizationalgorithmandFPGAplatformDEII115toachievetheimagestabilizationsystem.Thegeneraldesignframeworkoftheelectronicimagestabilizationsystemneedstocachethreeframeimages,thecur

8、rentframe,theframeofreferenceframe,andtheframetobedisplayed.Inthispaper,thesystemdesignschemeisimprovedbyusingtheadjacentframesimilarityprincipleandonlyneedstostoreaframe.Thefirstframe,referenceframe,isprojectedbyrowandcolumn,and