[發明專利]噪聲環境下光流場快速穩健估計方法

有效

• 申請號: 201711266461.3
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107958464B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王洪雁;鄭佳;邱賀磊
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G06T7/269
• 分類號: G06T7/269;G06F17/11
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司 21226
• 代理人: 衛茂才

本發明涉及一種噪聲環境下光流場快速穩健估計方法。所提算法基于噪聲環境下光流場估計方法（ML法），引入懲罰因子以增強光流計算穩健性，并在光流計算迭代公式中加入動量因子縮短光流計算收斂時間以加快光流場計算，而后基于變分方法極小化光流能量函數求解歐拉?拉格朗日方程，最后通過迭代方法求得速度場。仿真結果表明，對視頻中連續兩幀圖片加入不同高斯噪聲后，與M算法及ML方法相比，所提算法可顯著增強光流場計算穩健性，縮短光流計算收斂時間，加快光流場計算。

技術領域

本發明屬于無人機視頻監測領域，具體涉及一種噪聲環境下光流場快速穩健估計方法。

背景技術

光流的概念是Gibson于1950年提出的。光流是圖像亮度模式的表觀運動，表達了圖像變化，由于它包含目標運動信息，因此可被觀察者用來確定目標運動情況。

光流技術在目標對象分割、識別、跟蹤、機器人導航以及形狀信息恢復、模式識別等計算機視覺領域有著廣泛應用。1981年，Horn和Schunck創造性地將二維速度場與灰度場結合，在光流基本約束方程基礎上引入全局平滑約束，得到光流計算的基本方法(HS法)。HS法是在兩組基本假設基礎上建立起來的，其中，基本約束方程基于灰度恒定假設即在連續相鄰圖像上，對應物體上同一點的像素灰度值相同；全局平滑約束方程則基于光流平滑假設即光流場處處平滑。

近些年，隨著光流技術的廣泛應用，眾多學者致力于穩健性更好，速度更快的光流計算方法研究。繼Horn和Schunck的HS光流算法之后，其他學者相繼提出許多新的光流計算方法，如：Lucas-Kanade的局部平滑法(LK法)、金字塔LK光流法、局部與全局結合光流法、小波光流法等，使得光流計算得到進一步發展。然而，對于實際場景而言，上述方法所得光流場都存在較大誤差，主要緣由在于灰度守恒假設的不合理性。實際上，多數應用場景中，即使光照條件不變，連續相鄰圖像上物體同一元面對應像素灰度仍有可能是變化的。

基于以上原因，日本學者MUKAWA對光流基本約束方程進行修正，并根據物體運動、投影及光流模型對修正項表達式進行推導得到新的光流場計算方法(M法)。此方法通過對圖像序列進行光流場估計，取得了優于傳統方法的效果。然而，此修正依然是在理想圖像環境中進行的，即沒有考慮實際視頻圖像中噪聲對光流計算的影響，因此該算法對噪聲的魯棒性較差。針對此問題，馬龍等提出噪聲環境下光流場估計方法(ML法)，即在M法基礎上對基本方程做了進一步修正并加入噪聲約束。仿真實驗表明，ML方法所得光流較M法而言，對噪聲有較好的魯棒性，但所得光流穩健性較差且計算復雜度較高。

發明內容

本發明提出一種噪聲環境下光流場快速穩健估計方法，以解決噪聲影響下光流計算穩健性較差及收斂速度慢的問題。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案為提供一種噪聲環境下光流場快速穩健估計方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：光流約束方程

假設圖像上一像素點(x,y)在t時刻的亮度為I(x,y,t)，在Δt時間后所述像素點亮度變為I(x+Δx,y+Δy,t+Δt)，當Δt趨于無窮小時可認為該點亮度不變，得到等式：

將改寫為I_x,I_y,I_t，并令則重寫上式，得到光流計算的基本等式：

I_xu+I_yv+I_t＝0 (2)

u,v表示速度場矢量的兩個分量；

步驟2：構建能量函數方程

①光流約束方程修正

設物體面元由位置P運動到位置P'，對應成像投影在像平面上由p移動到p'，假設物體表面為朗伯面，則p和p'的灰度分別為：