復(fù)合mems-imu的電子穩(wěn)像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域中一種將MEMS-頂U(kuò)與圖像信息融合的電子穩(wěn)像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]穩(wěn)像技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)、觀瞄系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及圖像導(dǎo)航系統(tǒng)等，是目標(biāo)檢測與跟蹤的關(guān)鍵預(yù)處理技術(shù)，是移動(dòng)成像系統(tǒng)不可缺少的一種重要視頻增強(qiáng)技術(shù)。獲取穩(wěn)定清晰的視頻輸出對其后續(xù)工作的展開具有重要意義。攝像系統(tǒng)的工作環(huán)境很多時(shí)候不可控，不可避免的受到載體振動(dòng)的影響，造成對視頻圖像不穩(wěn)定的抖動(dòng)干擾，比如安裝在車輛、飛機(jī)、艦船等運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的攝像裝置，因載體姿態(tài)變動(dòng)受到振動(dòng)干擾，造成拍攝的圖像模糊不清，可能導(dǎo)致目標(biāo)識別時(shí)產(chǎn)生虛警和漏警或更嚴(yán)重的后果;有效消除因攝像裝置抖動(dòng)而造成的圖像抖動(dòng)，同時(shí)又能保留其固有的正常運(yùn)動(dòng)，且不降低視頻圖像的質(zhì)量，是視頻圖像穩(wěn)像領(lǐng)域的關(guān)鍵。穩(wěn)像技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械穩(wěn)像，光學(xué)穩(wěn)像和電子穩(wěn)像三大階段。機(jī)械穩(wěn)像是將攝像機(jī)固定在穩(wěn)定伺服平臺上，通過伺服控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺達(dá)到穩(wěn)像效果，其精度要受到系統(tǒng)精度的影響，控制系統(tǒng)復(fù)雜;光學(xué)穩(wěn)像是通過光路中光學(xué)元件對擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，使入射光線照在CCD或紅外傳感器的相同的位置上，這種方式對制造技術(shù)要求較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及成本較高；電子穩(wěn)像技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代中期，電子穩(wěn)像是集電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、圖像識別等技術(shù)于一體，直接確定圖像序列幀間映射關(guān)系并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男乱淮蛄袌D像穩(wěn)定技術(shù)，旨在消除視頻序列中的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的機(jī)械和光學(xué)穩(wěn)像系統(tǒng)相比，電子穩(wěn)像系統(tǒng)具有易于操作、穩(wěn)像精度高、體積小、重量輕、能耗低以及高智能化的實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn)，利用電子穩(wěn)像技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像序列穩(wěn)定是現(xiàn)代穩(wěn)像技術(shù)的發(fā)展方向之一。商用攝像機(jī)、監(jiān)視器的嵌入式電子穩(wěn)像系統(tǒng)也成為目前電子穩(wěn)像技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
[0003]電子穩(wěn)像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)濾波和圖像補(bǔ)償?shù)热竽K組成。電子穩(wěn)像的運(yùn)動(dòng)估計(jì)是指圖像幀間全局運(yùn)動(dòng)的估計(jì)，運(yùn)動(dòng)估計(jì)約占整個(gè)穩(wěn)像過程計(jì)算量的70%以上。幀間全局運(yùn)動(dòng)向量包括抖動(dòng)分量和相機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)分量，將抖動(dòng)分量分離出來的過程即是運(yùn)動(dòng)濾波。運(yùn)動(dòng)濾波的原理主要基于兩種方式，一種是將抖動(dòng)看作噪聲干擾，采用低通FIR濾波器、卡爾曼濾波器等；另一種是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析，應(yīng)用曲線擬合模擬出一條光滑路徑，作為相機(jī)掃描運(yùn)動(dòng)的軌跡。圖像補(bǔ)償是根據(jù)分離出的抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)向量對每幀圖像做幾何變換。新圖像幀中的像素值需要通過灰度插值確定，常用插值方法有最近鄰插值、雙線性插值和立方卷積插值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，穩(wěn)像精度高，抗干擾能力強(qiáng)，圖像處理運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)算量小的電子穩(wěn)像裝置，并且能夠具備比常規(guī)單一依靠圖像信息處理的電子穩(wěn)像裝置更強(qiáng)的適應(yīng)能力。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種復(fù)合MEMS-MU的電子穩(wěn)像裝置，包括光學(xué)鏡頭1、圖像傳感器2、圖像傳感器讀出電路3、信號處理器4和MEMS-MU 5，其特征在于:圖像傳感器讀出電路3、信號處理器4和MEMS-MU5構(gòu)成一體電路組件6;圖像傳感器2將光學(xué)鏡頭I入射的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸送至讀出電路3輸出原始視頻圖像數(shù)據(jù);信號處理器4在圖像電子穩(wěn)像的信號處理中，融入MEMS-頂U(kuò)的慣性測量信息，將上述原始視頻圖像數(shù)據(jù)和MEMS-頂U(kuò)5輸出的慣性測量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，利用MEMS-1MU5信息解算出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)向量，通過自適應(yīng)卡爾曼濾波分離出抖動(dòng)分量，對原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償輸出穩(wěn)定的視頻數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本發(fā)明將讀出電路3、信號處理器4和MEMS-頂U(kuò)5與電路組件6構(gòu)成一體，結(jié)構(gòu)簡單，并將光學(xué)鏡頭1、圖像傳感器2和電路組件6裝配成為整體固件，安裝在攝像機(jī)9的內(nèi)框架上，確保圖像傳感器2與MEMS-MU5能夠保持固定的坐標(biāo)連接關(guān)系，所構(gòu)成的復(fù)合MEMS-頂U(kuò)電子穩(wěn)像裝置成本低。通過MEMS-頂U(kuò)和圖像這兩類異質(zhì)傳感器的信息融合，具備比常規(guī)單一依靠依靠圖像信息穩(wěn)像的或機(jī)械穩(wěn)像的穩(wěn)像裝置更強(qiáng)的處理能力，可以有效解決單純靠圖像信息難以克服的景深、旋轉(zhuǎn)、誤差累計(jì)等技術(shù)難題；同時(shí)有效解決了單一機(jī)械穩(wěn)像裝置面臨的控制系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高成本等問題。
[0007]穩(wěn)像精度高，抗干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明圖像傳感器2將光學(xué)鏡頭I入射的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸送至讀出電路3輸出原始視頻圖像數(shù)據(jù);通過MEMS-MU與圖像信息融合減小圖像處理運(yùn)算量和誤差，提高了穩(wěn)定精度和抗干擾能力。由于MEMS-MU的慣性測量信息采樣速率遠(yuǎn)高于圖像信息數(shù)據(jù)，因此圖像穩(wěn)像的信號處理中融入MEMS-MU的慣性測量信息，不僅能夠提高數(shù)據(jù)的更新率，更有利于提高穩(wěn)像精度。通過圖像與MEMS-MU慣性信息的異質(zhì)信息融合，實(shí)現(xiàn)兩種穩(wěn)像方式的優(yōu)勢互補(bǔ)，可得到更高質(zhì)量、更穩(wěn)定的穩(wěn)像效果。
[0008]圖像處理運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)算量小。本發(fā)明信號處理器4在圖像電子穩(wěn)像的信號處理中融入的MEMS-MU的慣性測量信息，利用MEMS-頂U(kuò)信息解算出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)向量，通過自適應(yīng)卡爾曼濾波分離出抖動(dòng)分量，對原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償輸出穩(wěn)定的視頻數(shù)據(jù)，可減小圖像處理運(yùn)動(dòng)估計(jì)的運(yùn)算量，且提高了運(yùn)動(dòng)向量估計(jì)的精度，可將節(jié)省的運(yùn)算資源用于運(yùn)動(dòng)濾波和圖像補(bǔ)償，達(dá)到減小圖像信息和質(zhì)量損失的目的，提高穩(wěn)像的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
【附圖說明】
[0009]下圖結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所屬的實(shí)施例范圍之中。
[0010]圖1是本發(fā)明復(fù)合MEMS-Biu的電子穩(wěn)像裝置的組成原理示意圖。
[0011 ]圖2是圖1各組件信號流向示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的組成關(guān)系示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的組成關(guān)系示意圖。
[0014]圖中:I光學(xué)鏡頭;2圖像傳感器;3圖像傳感器讀出電路;4信號處理器;5MEMS-頂U(kuò);6電路組件;7攝像機(jī);8可將光變焦鏡頭;9大面陣可見光CCD/CM0S圖像傳感器；10大面陣可見光(XD/CM0S圖像傳感器讀出電路；11紅外定焦鏡頭；12非制冷紅外圖像傳感器;13紅外讀出電路。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]參閱圖1、圖2。在以下描述的實(shí)施例中，復(fù)合MEMS-1MU的電子穩(wěn)像裝置由光學(xué)鏡頭
1、圖像傳感器2、圖像傳感器讀出電路3、信號處理器4和MEMS-MU 5及攝像機(jī)結(jié)構(gòu)框架7構(gòu)成。其中，光學(xué)鏡頭1、圖像傳感器2和電路組件6裝配成為整體固件，安裝在攝像機(jī)7的內(nèi)框架上，確保圖像傳感器2與MEMS-MU 5能夠保持固定的坐標(biāo)連接關(guān)系。工作過程中，圖像傳感器2將入射的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸送至可見光圖像傳感器讀出電路3，該輸出電路將電信號轉(zhuǎn)化為輸出的原始視頻圖像數(shù)據(jù);原始視頻圖像數(shù)據(jù)和MEMS-1MU的慣性測量數(shù)據(jù)輸送至信號處理器4，信號處理器4在圖像電子穩(wěn)像的信號處理中，融入MEMS-頂U(kuò)的慣性測量信息，將上述原始視頻圖像數(shù)據(jù)和MEMS-頂U(kuò) 5輸出的慣性測量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。信號處理器4利用MEMS-MU信息解算出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)向量，通過自適應(yīng)卡爾曼濾波分離出抖動(dòng)分量，對原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償輸出穩(wěn)定的視頻數(shù)據(jù)。光學(xué)鏡頭I可以是可見光變焦鏡頭8或紅外定焦鏡頭11，圖像傳感器可以是大面陣可見光CCD/C0MS圖像傳感器9或非制冷紅外圖像傳感器12，圖像傳感器讀出電路3可以是大面陣可見光CCD/C0MS圖像傳感器讀出電路10或紅外讀出電路13，其中可見光變焦鏡頭8或紅外定焦鏡頭11順次串聯(lián)大面陣可見光CCD/COMS圖像傳感器9或非制冷紅外圖像傳感器12、大面陣可見光CCD/C0MS圖像傳