Video stabilization is essential for long-range electro-optical systems, especially in situations when the field of view is narrow, since the system shake may produce highly deteriorating effects. It is important that the stabilization works for different camera types, i.e., different parts of the electromagnetic spectrum independently of the weather conditions and any form of image distortion. In this paper, we propose a method for real-time video stabilization that uses only gyroscope measurements, analyze its performance, and implement and validate it on a real-world professional electro-optical system developed at Vlatacom Institute. Camera movements are modeled with 3D rotations obtained by integration of MEMS gyroscope measurements. The 3D orientation estimation quality depends on the gyroscope characteristics; we provide a detailed discussion on the criteria for gyroscope selection in terms of the sensitivity, measurement noise, and drift stability. Furthermore, we propose a method for improving the unwanted motion estimation quality using interpolation in the quaternion domain. We also propose practical solutions for eliminating disturbances originating from gyro bias instability and noise. In order to evaluate the quality of our solution, we compared the performance of our implementation with two feature-based digital stabilization methods. The general advantage of the proposed methods is its drastically lower computational complexity; hence, it can be implemented for a low price independent of the used electro-optical sensor system.

中文翻译：

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用于光电远程监控系统的基于陀螺仪的视频稳定

视频稳定对于远程光电系统至关重要，尤其是在视场较窄的情况下，因为系统抖动可能会产生严重恶化的影响。重要的是，稳定适用于不同的相机类型，即独立于天气条件和任何形式的图像失真的电磁频谱的不同部分。在本文中，我们提出了一种仅使用陀螺仪测量的实时视频稳定方法，分析其性能，并在 Vlatacom 研究所开发的真实世界专业光电系统上实施和验证。相机运动使用通过集成 MEMS 陀螺仪测量获得的 3D 旋转进行建模。3D 方向估计质量取决于陀螺仪特性；我们详细讨论了在灵敏度、测量噪声和漂移稳定性方面的陀螺仪选择标准。此外，我们提出了一种在四元数域中使用插值来提高不需要的运动估计质量的方法。我们还提出了实用的解决方案，以消除源自陀螺仪偏置不稳定性和噪声的干扰。为了评估我们解决方案的质量，我们将我们的实现性能与两种基于特征的数字稳定方法进行了比较。所提出方法的一般优点是其计算复杂度大大降低；因此，它可以独立于所使用的光电传感器系统而以低价实施。此外，我们提出了一种在四元数域中使用插值来提高不需要的运动估计质量的方法。我们还提出了实用的解决方案，以消除源自陀螺仪偏置不稳定性和噪声的干扰。为了评估我们解决方案的质量，我们将我们的实现性能与两种基于特征的数字稳定方法进行了比较。所提出方法的一般优点是其计算复杂度大大降低；因此，它可以独立于所使用的光电传感器系统而以低廉的价格实施。此外，我们提出了一种在四元数域中使用插值来提高不需要的运动估计质量的方法。我们还提出了实用的解决方案，以消除源自陀螺仪偏置不稳定性和噪声的干扰。为了评估我们解决方案的质量，我们将我们的实现性能与两种基于特征的数字稳定方法进行了比较。所提出方法的一般优点是其计算复杂度大大降低；因此，它可以独立于所使用的光电传感器系统而以低价实施。为了评估我们解决方案的质量，我们将我们的实现性能与两种基于特征的数字稳定方法进行了比较。所提出方法的一般优点是其计算复杂度大大降低；因此，它可以独立于所使用的光电传感器系统而以低价实施。为了评估我们解决方案的质量，我们将我们的实现性能与两种基于特征的数字稳定方法进行了比较。所提出方法的一般优点是其计算复杂度大大降低；因此，它可以独立于所使用的光电传感器系统而以低价实施。