基于块的彩色时变图像光流场计算研究

【摘要】：本论文的研究内容系航空基础科学基金支持项目(No.03I53062)的一部分。 通过对时变图像(动态图像)的分析来确定三维空间场景(物体)的运动和结构是当前计算机视觉中一个热门的问题。对时变图像的研究,涉及到的一个主要方面就是视觉运动分析,这也是计算机视觉的基本问题之一。它研究的是如何从场景的2D图像序列中提取有关物体的结构、位置和运动信息,进而估计出目标物体的3D结构、位置和运动信息。光流场携带了有关物体运动和三维结构的丰富信息,因此对光流场的研究一直被视为是解决视觉运动分析的有效途径之一。 本文主要研究彩色时变图像的光流计算理论和方法,重点研究基于区域,也即基于块的方法,实现对光流场的运动估计,为今后针对如何从光流场(或位移场)中获取三维空间物体运动的结构信息的研究打下理论基础。 本文首先介绍了光流场的意义和研究现状,其次介绍了运动分析的两种方法,即基于特征的方法和基于光流的方法。其中引入了光流的定义、光流基本方程的不定性以及一些现有的约束方法。并比较了现有的基于块匹配的各类算法的优缺点。然后详细介绍了色彩的一些基本知识,并基于此将灰度图像的一些计算理论用于彩色图像。有了这些知识准备之后,本文提出了一种混合式的块运动估计搜索算法,对彩色时变图像的光流场计算的新的途径进行了探索。其特点是充分利用了现有块匹配算法的成果,如中心偏置、中途截止以及运动向量预测等技术,综合它们的长处,并做了相应的改进,针对实际的时变彩色图像的情况来使用,以期达到较好的效率。最后结合算例,对实际的显示情况和计算误差进行了分析。