电子稳像综述PPT培训课件
基于位平面和搜索模板的电子稳像
图像 ，然后通过蜂 窝状搜 索模板和 小菱形搜 索模板计算 出３＂－前帧和 参考帧 图像 的 最佳 运动 矢量位 置，最后进行 运
动补偿 实现视 频稳 定．实验结果表明 ，该方法能够在 不影 响稳像精度 的前提 下，显著降低 计算复杂度．
关键词 ：电子稳像 ；灰度码位平 面；运动估计 ；搜 索模板
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图 ２ 搜 索 例 子
Ｆｉｇ．２ Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ
具体搜索步骤如下 ： 步 骤 １ 用蜂 窝状 搜索模 板 对 搜 索 区域 中心 及 周 围 ６个 点 进行 匹 配 计算 ，若 最 小 误 差 函数 准 则 搜 索 到 的最佳 匹配 点 在 蜂 窝状 搜 索 模 板 的中 心 点 时 ， 则 进行 步骤 ３；否则 执行 步 骤 ２．如 图 ２例子 中所 示 ， ①为第 １步 搜索 的像 素点 ． 步 骤 ２ 以上 一次 最小 误差 函数 准则 搜 索 到 的 最 佳 匹配点 作为 中心 点 ，用 新 的 蜂 窝状 搜 索 模 板 来 计 算 ，若 最佳 匹配 点 位 于 中心 点 ，则 进 行 步 骤 ３；否 则 重复第 １步．如 图 ２中例 子所 示 ，由于最 佳 匹配 点 不 是 中心点 ，重 复新 的蜂 窝状 搜索 模 板 搜 索．如 图 ２ 例 子 中所示 ，② 为步 骤 ２搜 索 的像素 点 ，最 佳 匹配 点 仍不是 中心点 ，重复步骤 ２搜索．③为第 ３次蜂窝状 搜 索模板 搜 索 的像 素点． 步 骤 ３ 以上 一次 最小误 差 函数 准则 搜 索 到 的 最佳 匹 配点 作为 中 心 点 ，将 蜂 窝状 搜 索 模 板 换 为 小 菱形搜索模板，对小菱形搜索模板 的 ５个点进行匹 配计算 ；当最佳 匹配点位于小菱形搜索模板的中心 点 ，此点 即为 最 佳 匹 配 位 移 位 置 ，转 入 步 骤 ５；否则 进行步骤 ４．如 图 ２所示 ，经过 ３次蜂窝状搜索模板 搜索 到 的最佳 匹 配 点 位 于搜 索 模 块 的 中心 点 ，④ 为 第 ４次搜索的像素点．由于最佳匹配点不是 中心点 ， 进行 步骤 ４搜 索． 步骤 ４ 搜 索距 离上 一 次 的最佳 匹配 点 最 近 的
稳像
摘要（2）电子防抖技术。
目前使用的电子防抖是针对CCD上大约2/3 的面积进行图像分析，然后根据抖动，利用边缘的图像来进行补偿[2，3，4]，大多数数码摄像机都采用这种方法。
不过，这种方法首先是降低了CCD的利用率，其次，对静态图像的帮助不大。
（3）CCD 防抖技术，其代表性厂商是柯尼卡美能达公司。
它没有把防抖装置安装在镜头中，而是设计在CCD 上。
CCD 防抖的原理就是将CCD 安置在一个可以上下左右移动的支架上，先检测出是否有抖动，由于使用陀螺传感器，抖动的检测与光学防抖基本相同。
然后传感器检测出的信号经过处理，计算出可以抵消抖动的CCD 移动量。
与光学防抖相比，这种结构避免了光学防抖补偿方式带来的球差问题，也同时解决了困扰单反交换镜头的诸多体积和由此带来的成像质量下降的各种问题，缺点就是由于对应高精度的机构要求，确保这种要求的制造技术有一定难度。
影像稳定技术在望远镜上的应用现状与数码相机和摄像机的多样化防抖动方式相比，影像稳定系统在传统望远镜上应用，通常只能采用光学防抖的方式。
国外的一些光学仪器公司已经推出了带有影像稳定系统的望远镜，而国内在这方面的研究与产品几乎处于空白。
目前带有影像稳定的望远镜厂商主要包括美国博士能（Bushnell）、日本尼康、日本佳能，以及一些俄罗斯厂商。
主要的防抖望远镜产品，放大倍数在10倍左右，并且是固定放大倍数；重量大多在1kg 左右，供电电源范围在3V-9V之间。
表1-1 是一些主要的防抖望远镜产品的数据。
表1-1 防抖望远镜的主要产品Table 1-1 Anti-Vibration telescopes望远镜型号倍率重量（g）电源长/宽/高（mm）博士能18-1035 10 1244 DC6V —尼康14x40IS 14 1340 DC6V 186/148/88俄罗斯12x40 12 2000 6 节AA 240/190/100佳能15x50IS 15 1180 2 节AA 193/152/81佳能12x36IS II 12 660 2 节AA 174/127/70佳能8x25IS 8 490 1 枚CR123 137/120/61目前最小巧的防抖望远镜是佳能8x25IS，重量只有490g，使用 1 枚3V 的CR123 锂电池，可以连续工作 6 小时。
最新-电子稳像计算方法 精品
电子稳像计算方法1概述在目标跟踪过程中，摄像机载体的随机振动和姿态变化产生的不平稳运动会导致视频图像序列的不稳定甚至模糊，这种不平稳运动不仅影响系统的成像质量、造成观测者的视觉疲劳，还会给运动目标检测带来困难。
电子稳像,是指利用图像处理手段从输入的视频图像序列中去除由摄像机的随机运动造成的图像扰动，使输出图像序列保持稳定的技术手段。
帧间运动估计是实现电子稳像的关键环节，目前应用于稳像的运动估计方法有很多，灰度投影法[1-5]是其中的一种重要方法。
它能充分利用图像灰度总体分布的变化规律，较准确地估计图像的运动矢量，具有计算量小、精度高的特点[1]。
美国研究实验室采用此方法在1号自控目标跟踪系统中实现了图像的实时稳定。
但是投影算法有一定的应用条件，图像的灰度变化应较丰富，具有一定的对比度，否则灰度投影曲线变化不明显，难以精确地求出运动矢量，容易造成误差。
通过对图像进行直方图均衡化处理，能在一定程度上处理对比度较差的图像，增强算法的鲁棒性，但是不能从根本上解决此问题[2]。
为此，本文提出一种基于梯度投影法的电子稳像算法。
2灰度投影法灰度投影法是一种基于投影算法的稳像方法，利用图像灰度分布变化的特点求取图像帧间运动向量，分为灰度映射和相关计算2个步骤。
21灰度映射对输入的二维图像进行预处理后，将其灰度信息映射成2个独立的一维投影序列。
设,为第帧图像点,处的像素灰度值，、分别为图像投影区域的行、列数。
图像第行的灰度投影值为,1图像第列的灰度投影值为,2投影曲线反映了图像灰度分布的特点，为方便描述，将图像行方向的投影曲线记为水平投影曲线，将图像列方向的投影曲线记为垂直投影曲线。
22投影滤波处理当图像的位移量大时，由于每一幅图像的边缘信息是唯一的，因此会导致投影的波形在边缘处的差异性。
传统灰度投影通常采用全投影，即将投影区域每行列进行映射，行列内的每个像素都参与投影。
在进行相关计算时，会对互相关峰值产生影响而降低精度。
电子稳像技术综述
第15卷 第3期中国图象图形学报V o.l 15,N o .32010年3月Journa l o f I m age and G raphicsM ar .2010电子稳像技术综述王志民 徐晓刚(海军大连舰艇学院装备系统与自动化系,大连 116018)摘 要 利用电子稳像技术实现抖动视频序列稳定是现代稳像技术的发展方向之一。
首先简要介绍了电子稳像的基本原理和系统结构;然后从各模块功能出发,对电子稳像的运动估计、运动校正和图像补偿等关键技术的研究进展进行了综述,并给出了稳像性能评估的常用方法;最后总结和分析了电子稳像技术的应用现状以及未来的发展趋势。
研究结果显示,电子稳像技术的研究已经逐渐进入工程应用的新阶段,具有良好的应用前景和市场需求。
关键词 电子稳像 运动估计 运动校正 图像补偿 性能评估中图法分类号:TN911 73 文献标志码:A 文章编号:1006 8961(2010)03 470 11基金项目:辽宁省自然科学基金项目(20082176);浙江大学CAD &CG 国家重点实验室开放基金项目(A0906)收稿日期:2008 09 22;改回日期:2008 12 29简介:王志民(1983 ),男。
海军大连舰艇学院信号与信息处理专业硕士研究生。
主要研究方向为电子稳像、图像处理。
E m ai:l z h i m i nn_w ang @126.co mA Survey on E lectronic I mage Stabilizati onWANG Zh i m in,XU X iaogang(D e part m ent of E qu i p m en tSy ste m &Au to ma tiza tion,Dali an N avalA cad e m y ,Da lian 116018)Abstrac t E l ectron i c i m age stab ili zati on (EIS )techn i que has been w i dely u tilized for remov i ng the unwanted mo ti onfl uctua ti ons from v i deo sequence It is one o f the pri m ary dev elopment directi ons of the f u t ure i m age stab ili za ti on technique T his paper firstl y introduces t he basic pr i nc i ples of E IS and its architec t ure A fter g iv i ng an ove rv i ew o f the sta te o f t he art o f key techniques i ncl uding mo ti on esti m ati on ,m oti on co rrection and i m age com pensati on i n EIS ,w e list a nu m ber o f genera lm eans to assess the perfor m ance o f v i deo stabilization process F i na ll y ,the status about the appli ca tion of EIS i s su mm ar i zed and its deve l op m ent trend is ana l yzed Survey results show that EIS technique possesses pro m isi ng app lica ti on prospec t and g rea tm arke t de m and ,as research on E IS technique has turn i nto eng i neer i ng appli cation K eywords e l ectronic i m ag e stab ili za ti on (EIS ),m otion esti m ati on ,m oti on correcti on ,i m age co m pensation ,perfo r manceassess m ent0 引 言稳像技术广泛应用于机器人远程遥控系统、无人车辆导航系统、视频侦察系统、导弹电视制导系统以及车载火控系统中的观瞄系统等,是电视精确制导、目标检测与跟踪的关键预处理技术,是移动成像系统不可缺少的一种重要视频增强技术。
稳像算法
运动估计算法
光流法 块匹配法 特征法 投影法 位平面法
光流法
原理：将运动图像函数f(x,y,t)作为基本函数，根据 图像强度守恒原理建立光流约束方程，通过求解光 流约束方程，计算运动参数。 优缺点：基于光流的方法是由于利用灰度的变化信 息，需要从图像序列的灰度变化中计算速度场，在 复杂背景下，由于实际景物中的速度场不一定总是 与图像中的直观速度场由唯一对应关系并且偏导数 计算加重噪声水平，会使光流法得到的结果在使用 中不稳定，从而限制他的应用。
针对投影方法提出的改进算法：
思想：将当前帧图像分为几个区域，对每一 个区域进行投影计算，得到局部运动矢量， 然后由局部运动矢量得到全局运动矢量。 注意：分的区域越小，对运动矢量的估计越 有利，但是区域一小，投影曲线的变化就不 是很明显，对估计精度很有影响，因此要适 当的选取区域的大小。
位平面算法（一种比较新的方法）
N
N
i 1
k
j 1
k
m 1 wmin
旋转矢量的估计 参考帧某一块内的点（x,y）经旋转之后运动
到（X1，Y1）位置处，以图像中心位置为 原点建立直角坐标系，可知（x,y）,(x1,y1) 相对于图像中心的旋转角弧度分别为
y1 y0 1.2 arctan( ) x1 x0
基于特征点匹配技术的稳像算法
（1）对每一帧待处理的二位图像使用直方图 均衡化预处理，映射成2个独立的一维波形, 然后经过互相关运算处理等求得位移失量。 （2）进行均值滤波来确定图像的运动补偿参 数。 优缺点：既能有效地保留摄像机的正常扫描， 同时又能较好的实现图像序列的稳定
稳频技术PPT教学课件
对于外腔式激光器，设谐振腔长为L，放电管长度为L0，则暴露在大气中部分 的相对长度为(L- L0)/L，大气的温度、气压、湿度的变化都会引起大气折射率的 变化，从而导致激光振荡频率的变动。
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设环境温度T=200C，气压p=1.013×105Pa，湿度H=1.133kPa,则 大气对633nm波长光的折射率变化系数分别为
综上所述，环境温度的变化、机械振动等外界干扰对激光频 率稳定性影响很大，因而自然联想到，最直接的稳频办法就是恒 温、防震、密封隔声、稳定电源等。
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图所示的是一台CO2激光器的防震、恒温装置。它采用了恒温措施， 温度可恒定在35±0.030C。为了防震，在所有部件之间都置有海绵垫，
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7.2.3 稳频方法概述
稳频的实质：保持n、L不变。
一. 被动式稳频
利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值 的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合
二.主动式稳频
稳频的原理:采用负反馈电路控制稳频技术。选取一个稳定的参考 标准频率，当外界影响使激光频率偏离标准频率时，鉴频器给出误差 讯号,通过负反馈电路去控制腔长，使激光频率自动回到标准频率上。
③电路系统。将误差讯号转成一直流电压
加到压电陶瓷上，以改变腔长。
图7-20 兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构
当压电陶瓷外表面加正电压、内表面加负电压时压电陶瓷伸长,反之则缩
2短02,0因/10而/16可利用压电陶瓷的伸缩来控制腔长。
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7.2.4 兰姆凹陷法稳频
——利用原子谱线中心频率作为鉴别器进行稳频
《电子稳像器工作原理》
电子稳像器工作原理1 引言VS8902型电子稳像器采用的是一种基于特征点匹配的电子稳像算法。
本公司开发的这种基于特征点匹配的电子稳像算法具有如下几个优点：稳定精度高；对抖动视频进行水平、垂直和旋转方向上的校正；稳像算法的实现只使用参考帧和当前帧；实时性高；鲁棒性好；本产品稳像算法的结构框图如图1所示。
图1 基于特征点匹配的电子稳像算法的结构框架Fig.1 The basic structure of stabilization algorithm with feature points matching 如图所示。
预处理是稳像算法的初始化过程，是对视频数据进行属性等方面的分析，为后续稳像算法的实现和处理奠定基础。
预处理实现的功能主要有：初始化A/D和D/A芯片、配置稳像系统的工作模式、建立稳像算法所需的缓冲区、检测视频数据的有无、识别输入视频信号的制式（NTSC制，PAL制信号）等。
运动估计是计算当前帧图像和参考帧图像相对运动关系的算法。
在稳像算法中运动估计分为局部运动估计和全局运动估计。
局部运动估计又分为特征点提取、特征点匹配、匹配验证三个步骤，来获取各个特征点的局部运动矢量。
特征点提取采用Harris提取角点的算法，特征点匹配采用块匹配的方法，特征点验证主要采用距离约束的准则。
全局运动估计是通过最小二乘法，根据特征点的局部运动矢量求出全局运动矢量。
准确求取全局运动估计是电子稳像算法的基础。
运动滤波是把全局运动矢量分离成有意运动矢量和无意运动矢量，是稳像算法的难点和重点。
若稳像后的图像无法保留摄像机自身的主运动，稳像效果会失真，稳像算法会无法执行，从而导致稳像算法失败。
运动滤波直接决定稳像效果的好坏。
本文的电子稳像系统采用Kalman滤波器。
运动补偿是就是对抖动图像做运动滤波输出结果的反向补偿，以便输出稳定或平滑的图像序列。
运动补偿实质上就是对图像做平移、旋转和缩放处理。
运动补偿的难点问题是算法的实时性和精度。
电子稳像理论及其应用研究
电子稳像理论及其应用研究电子稳像理论及其应用研究电子稳像是一种通过电子设备对图像进行实时调整，抑制摄影或摄像中由震动引起的图像模糊的技术。
随着科技的进步和电子器件的发展，电子稳像技术在摄影、摄像、无人机和医学等领域得到了广泛的应用和研究。
本文将对电子稳像的理论原理及其在不同领域的应用进行探讨。
一、电子稳像的理论原理电子稳像的理论基础是图像处理和图像信号处理。
其基本原理是通过对图像进行实时处理和调整，消除由于摄像设备在使用过程中发生的震动或晃动而引起的图像模糊。
具体而言，电子稳像技术通过设备内部的加速度传感器或陀螺仪来检测摄像机的震动状态，然后根据检测到的信息对图像进行实时调整。
电子稳像技术主要包括两个步骤：图像采集和图像处理。
在图像采集阶段，通过记录机身的震动状态，设备可以检测到摄像机的晃动、抖动或旋转。
在图像处理阶段，设备使用算法对图像进行调整，以抵消或减少震动效应，从而获得更清晰、更稳定的图像。
二、电子稳像的应用研究1. 摄影和摄像领域电子稳像技术在摄影和摄像领域中得到了广泛应用。
尤其是在低光条件下或需要长时间曝光的情况下，由于手持相机容易发生晃动，电子稳像技术可以有效减少图像模糊。
此外，电子稳像技术还可以在运动场景中实现流畅的画面效果，如拍摄体育比赛或快速运动的动物。
2. 无人机领域无人机在航拍、农业、安全监控等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于无人机在飞行过程中受到气流和风力的影响，图像模糊问题成为限制无人机应用的重要因素。
通过将电子稳像技术应用于无人机，可以实时调整摄像设备，提供稳定、清晰的图像和视频。
3. 医学领域电子稳像技术在医学领域的应用主要体现在内窥镜和手术等方面。
通过将电子稳像技术应用于内窥镜，可以实现手术过程的实时监测和准确定位，为医生提供更清晰、稳定的视野。
此外，电子稳像技术还可以用于微创手术，帮助医生进行精细的操作。
4. 其他领域除了上述领域，电子稳像技术还有许多其他的应用。
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式中：（a1,a2,a3,a4,a5,a6）为摄像机的全局运动参数；其中（ a1，a5）为缩放参数， （a2，a4）为旋转参数，（a3,a6）为平 移参数： （x,y）为参考帧的像素坐标： （x ’，y ’）为抖动视频当 前帧对应的像素坐标。
生两条灰度投影曲线，分别代表着这幅图像水平和垂直方向上的灰度分布规
律。
C o lk(j) C u rk(i,j)
C o lT o tk C o lk(j) /N C
C o lP ro jk (j) C o lk (j) C o lT o tk
其中式Colk(j) 为第k 帧图像第j 列的灰度值;Curk(i.j)是第k 帧图像 上(i,j)位置处的像素的值; N C 是列数; ColProjk(j)是第k 帧图像 第j 列修正后的投影值。
在搜索区域内，按照－定的匹配准则进行搜索并计算出匹配块 的位置，匹配块的初始位置和最终 的位置在水平和垂直方向上的差 就是相应的位移矢量。
一般传统的块匹配算法将图像分为 P×Q个子块， 分别对每个
子块进行块匹配，计算出每个子块的偏移量， 然后加权求和取平均 ， 结果就是整个图像帧的运动偏移量。
运 块匹配法-匹配准则 目前块匹配的准则有很多种，其中最为典型的匹配准则有：最小绝
运 灰度投影法： 动 估 计
图：参考帧图像列方向投影数据曲线
图：当前帧图像列方向投影数据曲线
图：当前帧和参考帧的列相关曲线
对于一段视频，如果序列图像之间存在水平或者垂直方向上的 平移，其实反映在这两个曲线上的变化也是曲线的左移或者右移。 这样通过对当前帧的灰度投影曲线和参考帧的灰度投影曲线进行互 相关运算就可以计算出两帧图像间水平和垂直方向上发生的偏移量
动 对差和准则（SAD）、最小平均绝对差值准则（MAD）、 最小均方差 准则（MSE）和归一化相关函数。
估 计
以上几个公式中, fk （s,t）和fk+1 （s+i,t+j）分别是参考帧图像和 当前帧图像的相应位置的像素灰度值。 第一个 NCCF 值取最大时，
为最优匹配。 后三个匹配准则的值最小时，为最优匹配。
运
当前运动估计算法有：
动
灰度投影算法PA ( projection algorithm )
估
块匹配法BMA（Block Matching Algorithm
计
）
位平面匹配法BPM ( Bit plane matching )
代表点法RPM(Representative point matching)
特征匹配法
也有一些在经典算法基础上改进后的新算法。
运 灰度投影法： 动 估 计
尽管视频序列帧之间存在着一定的几何变化和光照亮度的变化，但相邻
帧之间必然存在很大的图像重合区域，这个区域里图像的像素灰度信息分布
规律基本是一样的。
灰度投影就是建立在这样的前提假设之下， 此算法将图像在水平和垂直
方向上分别对每行和每列的像素灰度值进行累加， 这样对于这幅图像就会产
算 参考帧的选取：
法
分为固定参考帧模式和相邻参考帧模式。
原
理
不需要实时更新参考帧图 像，这种参考帧选取方式 计算量小。不会带来累积 误差，算法的鲁棒性好。
缺点：随着摄像机的运动 ，图像也会发生变化，图 像的重叠区域慢慢减小。
最大程度地利用了图像的特 征信息，减少稳定帧的无定 义区域。
缺点：相邻参考帧棋式占 用很大的存储空间，计算 量增大，容易出现累积错 误。
运 灰度投影法：
动
对于图像灰度分布简单，视频中只存在平移类
估 的抖动时，采用灰度投影算法来稳像是最合适的， 此时它稳像精度高且算法处理速度非常快。
计
运 块匹配法 动 估 计
图像块匹配法假设图像的任一子块中的像素的运动情况都是相 同的。假设水平和垂直的方向上，摄像机载体的振动的幅度范围为
（ ± dxmax , ±dymax)，参考帧中待匹配的图像块的大小为M×N ，那么当前帧中块匹配的搜索区域范围为（M+ 2dxmax , N+ 2dymax ）
抖动视频 运动估计
运动滤波
运动补偿 稳定视频
β kalman
波为为滤条、均主滤 。 常波的基值要波
用、运于滤有方 滤的最动样波：法
算 运动估计 法
原 理
算 全局运动参数计算： 法 一般采用六参数仿射模型对摄像机运动建模。当场
景中物体的相对深度变化和摄像机的焦距缩放都不太大
原 时，六参数仿射模型能够很好的描述摄像机的纯旋转、 摇镜头、平移运动，并且六参数仿射模型计算复杂度适
背
稳像：消除视频图像的各种抖动。
景
光学稳像 机械式稳像 电子稳像
背
电子稳像
景
EIS（Electronic Image Stabilization）
电子稳像技术是一种对随机运动或抖动的摄像机所
获取的动态图像序列进行平滑补偿,使其平稳输出的技术
。 EIS技术的研究已三十多年历史，美国、法国、
俄罗斯等国家对电子稳像技术应用于军事方面已经进行
背 技术要求： 景 （1）高精度
（2）快速计算
（3）减少视频信息的丢失
（4）去除局部运动，准确估计全局运动也是一个难
题。前景，背景
（5）利用图像信息区分摄像机的晃动量和摄像机的正 常扫描运动 。
背 稳像系统框图： 景
全局运动估计是 为全局运动建立 数学模型并估计 模型的参数。
运动补偿是指根据运 动估计及运动平滑获 得的抖动参数重构视 频图像，重新生成一 个只存在摄像机主观 运动的稳定视频序列
电子稳像综述
目录
·电子稳像背景 ·稳像算法介绍
背
摄像机有时必须安装在有震动的环境中，必然存
景 在机械震动，而且这些机械震动往往难以消除，机械
震动会引起视频图像的震动都会引起图像的剧烈
抖动，从而严重影响对视频的观察监视。
公共安全 航空航天 军事领域
了较深入的研究；日本和韩国对家用摄录机的稳定技术
也进行了研究和开发。
国内对电子稳像技术的研究依然处于初级阶段，目
前为止，只有中国科学院长春光机所和北京理工大学等
单位在这个领域有一定的研究，总体来说，电子稳像技
术解决复杂抖动依然不够成熟。
背 稳像图示： 景
(a)参考帧
(b)当前帧
(c)参考帧
(d)稳像后