[發明專利]基于匹配和方向平滑約束優化的多尺度微分光流計算方法

在審

• 申請號: 201310174530.3
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN104157006A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張澤旭;王綱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱點石仿真科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種基于SSD的匹配算法，假設相鄰的兩幀圖像分別為????????????????????????????????????????????????和，并且設相鄰圖像間的時間間隔為單位時間，則幀間的位移即為速度，建立第一幀圖像上的像素周圍大小為的鄰域，即為相關窗，在第二幀圖像上圍繞像素建立的搜索區域，即搜索窗，利用差值平方和準則，可以得到在搜索窗范圍的關于速度的誤差分布函數，由公式(1)描述

???????(1)

對公式(1)最小化，可以得到第一幀圖像像素在第二幀上的最佳像素匹配；為最佳匹配時的整像素速度。

2.建立圍繞最佳匹配點的對稱的SSD誤差分布函數

??(2)

??????這個誤差分布函數可以看成是圍繞整像素最佳匹配處的離散的二次曲面函數，因此可以通過對其擬合的方法求得曲面的最小值，從而獲得在整像素最佳匹配附近的亞像素精度的速度偏移。

3.這樣利用匹配算法得到亞像素精度的最佳匹配，其偏移量為

,?????????????(3)

公式(2)的誤差函數可以轉化為對所有可能速度的響應分布

??????????(4)

，為歸一化參數，而此時，某種程度上是圍繞在SSD曲面求取的加權均值，因而，在公式(2)的SSD曲面坐標范圍內，的協方差矩陣為

?????????(5)

對于要計算的光流，本發明使同的誤差最小化

?????????(6)

可以看出，這個方法具有明晰的物理意義。

4.?方向平滑約束傳播和優化，方程(6)有兩個未知變量，因而需要附加的約束條件。

5.另一方面，由匹配算法計算的光流場是粗略的和非全局的，需要將其傳播到鄰域且優化，方向平滑約束要求在垂直灰值變化很大的方向上速度的變化應盡可能的小，可以有效抑制對運動不連續處的過度平滑，最小化方向平滑約束由公式(7)表示為

????????(7)

是梯度算子，表示速度矢量相對于圖像坐標的一次偏導數矩陣；是方向平滑約束的權矩陣，權矩陣可以使平滑約束沿著圖像灰度變化很小或沒有變化的方向上傳播，并且抑制沿著圖像灰值有很大變化方向的傳播。

6.通常，灰值變化很大的區域對應著圖像表面的邊界，這樣可以得到光流場的求解方程

??(8a)

??????????????????(8b)

????(8c)

為控制方向平滑程度的權值，是前一幀圖像，是單位陣，是權。