基于块匹配的光流计算方法研究

摘要

光流场是指三维空间的运动物体在二维平面上的投影的瞬时速度,是图像平面上的速度场的直接表现。通过光流场可以获取图像中物体的运动和结构信息,并解决模式识别等学科及航空等领域的某些复杂问题,因此对光流算法的研究是当今视觉运动分析领域的热点之一。
　　基于块匹配的光流算法具有运算速度快、易实现等优点,但同时也存在运算不准确等缺点。本文通过对块匹配光流算法做出一些改进,使之可以得到符合物体运动的稠密光流场。本文对块匹配光流算法的研究主要包含以下内容:
　　1,本文分别针对因光照变化,物体缩放,遮挡引起的块匹配运算失真情况给出解决方式。针对因光照变化引起的光流场矢量偏移现象,本文在原块匹配准则的基础上推导出了一种基于梯度的块匹配准则;对于存在物体缩放运动的图像序列,本文引入了缩放参考图像模型;因图像中物体的相互运动而引起的遮挡问题,本文设计了随时间轴变化的多参考图像模型。
　　2,本文将改进的块匹配算法与变分原理相结合,通过在能量泛函中加入匹配项,得到块匹配形式下的稠密光流场算法。这种块匹配与变分原理相结合的光流场算法包含了块匹配信息与平滑约束条件,可以得到符合物体运动的稠密的光流场图像。
　　3,本文通过对运动刚体及其投影在空间与图像平面中的相关性进行推导,得到图像中物体的运动方程,并结合光流计算结果得到物体平移和旋转运动下遮挡区域的检测方法。这种方法对物体的完整形态进行变形处理,并检测出物体遮挡部分的形态。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光流场与运动场

1.3 光流算法的研究现状

1.4 块匹配光流算法的主要问题

1.5 本论文研究工作及结构安排

第2章 改进的块匹配光流算法

2.1 块匹配光流算法基础知识

2.2 常用的块匹配搜索策略

2.3 改进的匹配准则

2.4 缩放参考图像模型

2.5 遮挡情况下的光流场处理方法

2.6 本章小结

第3章 块匹配与变分原理相结合的光流场检测方法

3.1 光流计算的变分原理及扩散反应方程

3.2 基于块匹配的能量泛函与数值计算方法

3.3 基于光流的区域合并算法

3.4 遮挡情况下的物体检测

3.5 本章小结

第4章 实验与分析

4.1 实验环境与误差评价指标

4.2 本文块匹配光流算法对比实验

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢