電子穩像技術（簡體書）

該書基於作者多年的科學研究成果，系統地介紹了電子穩像的基本概念、穩像模型的分類、穩像處理過程所涉及的基本技術、技術發展過程以及其具體應用領域和應用價值。全書共分為上、中、下三篇，每一篇又由多個章節構成。上篇主要介紹電子穩像的基本理論，中篇介紹基於2D模型的電子穩像方法，下篇介紹基於3D模型的電子穩像方法。全書中多數章節安排有討論環節，帶領讀者分析每一種技術方案的優勢和劣勢，希望對讀者在該領域的研究有指導意義和借鑒意義。

方明，男，工學博士，副教授。2000年以來一直從事計算機科學技術領域科研和教學工作。現為長春理工大學計算機科學技術學院機器視覺與機器人研究室負責人。目前，主要從事數字圖像處理、機器視覺技術等方面的研究工作。近五年來，主持吉林省省科技廳重點攻關項目3項、重點科技成果轉化項目1項、省教育廳項目1項、企業合作項目5項。研究重點主要集中在，電子穩像技術、基於視頻大數據的視頻內容分析、基於圖像的工業製品瑕疵檢測、基於圖像的農產品質量在線分級等。發表學術論文30餘篇，獲國家發明專利1項，吉林省科技進步獎一等獎1次、二等獎2次、三等獎1次，吉林省第五批次拔尖創新人才。

前言
作者長期在電子穩像技術領域工作，本書是作者對這些年研究成果的總結，作者力求將電子穩像的產生、發展和應用過程完整地呈現給讀者。
穩像的根本目的是保證在利用光學儀器拍攝目標時，儘管平臺存在搖動或振動，但拍攝的圖像質量不受損害，沒有對人眼的觀察或進一步的計算分析產生不良影響。從宏觀上講，穩像的過程分為兩大類，即幀內穩像和幀間穩像。幀內穩像的應用大家都非常熟悉，典型的應用是在拍攝照片時，可確保照片不會因為手的抖動而模糊。幀內穩像已經在大多數消費級相機中集成應用，技術成熟，不是本書的關注重點。關於幀間穩像，大家可以試想一下，當使用肩扛攝像機拍攝某一場景時，僅通過圖像的晃動程度即可輕易判斷當時的情況是否緊急。幀間晃動和幀內晃動不同，幀間晃動是由於幀間出現特殊振動導致的，稱為幀間穩像。幀間穩像是本書關注的重點，目前幀間穩像技術還不夠成熟，很難在民用消費級相機中應用，關鍵技術仍然處於攻關階段。
本書分為上、中、下三篇。上篇為電子穩像基本理論，從運動的產生開始，討論穩像的目的、穩像技術的發展歷程和應用領域，以及基本的穩像模型和構成。中篇討論了基於2D模型的穩像方法，其中著重討論全域運動估計及2D穩像模型。下篇討論了基於3D模型的穩像方法，並提出了基於球面模型的穩像算法。3個篇章，由淺入深，貫穿了整個電子穩像技術的發展歷程。
本書在撰寫過程中，得到研究生司書哲、田穎、郭莎莎、付飛蚺，以及機器視覺研究室多位同學的全力協助，他們認真整理了部分章節的研究成果，並做了全書的校對工作，感謝他們的努力及對本書所做的貢獻。
本書注重內容的完備性、系統性和創新性，可作為高校計算機科學專業、自動化專業師生研究相關內容的理論參考書，也可以作為該領域工程應用的參考用書。
儘管針對本書的撰寫，我們投入了大量的人力和精力，但由於水平有限，書中一定存在各種不足，敬請諒解。

作 者
2018年5月于長春

目錄
上篇 電子穩像基本理論
第1章 緒論 3
1.1 運動 4
1.2 抖動 5
第2章 電子穩像概述 7
2.1 電子穩像 8
2.1.1 幀內穩像 8
2.1.2 幀間穩像 9
2.2 發展歷程 9
2.2.1 基於機械陀螺的穩像技術 9
2.2.2 基於光學的穩像技術 9
2.2.3 基於圖像的穩像技術 10
2.2.4 基於位姿傳感器的穩像技術 10
2.3 應用領域 10
2.3.1 民用領域應用 10
2.3.2 軍事領域應用 11
第3章 電子穩像模型及構成 13
3.1 傳統電子穩像模型 14
3.1.1 2D穩像模型 14
3.1.2 2.5D穩像模型 16
3.1.3 3D穩像模型 16
3.2 穩像模型基本模塊構成 16
3.2.1 全域運動估計 16
3.2.2 運動平滑 17
3.2.3 運動補償 17
第4章 穩像效果評價 19
4.1 主觀評價 20
4.2 客觀評價 20
4.2.1 MSE評價方法 20
4.2.2 PSNR評價方法 21
4.2.3 ITF評價方法 21
4.2.4 差分圖評價方法 21
4.2.5 DITF評價方法 22
4.2.6 標準差算法 22
4.2.7 隨機性檢驗方法 23
4.3 討論 23
中篇 2D模型穩像方法
第5章 全域運動估計 27
5.1 塊匹配算法 28
5.2 灰度投影法 29
5.3 光流法 31
5.4 特徵法 33
5.4.1 特徵點匹配 33
5.4.2 運動估計 40
5.5 運動估計過程優化 41
5.6 基於多傳感器融合的運動估計方法討論 48
5.6.1 時間同步 48
5.6.2 基於四元數的標定方法 52
5.6.3 基於神經網絡的複合運動估計方法 54
第6章 運動平滑及補償 61
6.1 均值濾波 62
6.2 高斯低通濾波 63
6.2.1 高斯濾波簡介 63
6.2.2 高斯濾波性質 64
6.3 卡爾曼濾波 65
6.4 變分模態分解方法 66
6.5 運動補償方法 69
下篇 3D模型穩像方法
第7章 基於3D重構的穩像方法 73
7.1 穩像模型 74
7.2 相機標定 74
7.3 運動估計 82
7.4 運動平滑 86
7.4.1 基於迭代擴展卡爾曼的運動平滑 86
7.4.2 最小二乘估計優化算法 89
7.5 運動補償 89
第8章 基於球面模型的穩像方法 93
8.1 球面穩像模型 94
8.1.1 球面模型基本原理 94
8.1.2 球面投影方法 95
8.1.3 球面展開方法 98
8.2 球面運動估計 99
8.3 球面運動軌跡平滑 106
8.4 球面運動補償 109
第9章 球面模型在全景相機上的擴展 111
9.1 全景相機標定 112
9.2 多相機圖像拼接 119
9.3 主運動估計及補償 120
9.4 全景穩像並行化策略 121
參考文獻 125