[發明專利]一種人工復眼相機的圖像陣列光流估計方法

有效

• 申請號: 201810108789.0
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108399629B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 張葛祥;吳思東;榮海娜
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06T7/269
• 分類號: G06T7/269
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

本發明公開了一種人工復眼相機的圖像陣列光流估計方法，根據所用人工復眼的結構特點，對陣列圖像中包含運動目標的圖像進行檢測，隨后構建光流估計能量函數，并利用變分法對能量函數進行優化，完成人工復眼圖像的光流估計。本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：能有效地對人工復眼圖像序列進行光流估計，并且由于子眼圖像間空間相關的約束項，能夠對相鄰子眼對應區域進行約束，獲得一致的光流估計結果，解決人工復眼相機中子眼視場角小導致的圖像邊緣光流估計不準確的問題。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，特別是一種人工復眼相機的圖像陣列光流估計方法。

背景技術

視覺是大部分生物認識世界、感知世界的一個重要手段，昆蟲復眼作為一種廣泛存在的視覺系統，具有體積小、近距離清晰成像、視場大、對運動目標敏感等特點。雖然傳統的單目相機已經能夠獲得高清的圖像，但單目相機的體積以及焦距都很難進一步縮小。人工復眼相機作為一種新型的相機類型，通過模擬昆蟲復眼成像原理，能在保持與單目相機相比擬的成像效果的同時具有更小的體積。因此人工復眼相機在運動目標估計、三維重建等方面具有重要的研究價值。其中運動估計是計算機視覺領域的一個重要的研究內容，光流估計是運動估計研究中一個重要的研究方向。

雖然目前已有大量的光流估計方法，但在人工復眼相機圖像的應用中仍然存在許多問題。人工復眼相機由于其多個小視場角的低分辨率成像通道的特點，雖然相鄰子眼圖像間存在交疊，但由于缺少有效的支撐信息，采用目前最優的光流估計方法對人工復眼圖像進行光流估計仍會存在圖像邊緣估計結果較差、以及相鄰子眼對應區域光流場不一致的問題。因此，發明一種適用于人工復眼相機的光流估計方法具有十分重要的意義，有利于將人工復眼相機應用到實際環境中。

發明內容

本發明目的是針對人工復眼相機提供一種圖像陣列光流估計方法，該方法根據所用人工復眼的結構特點，對陣列圖像中包含運動目標的圖像進行檢測，隨后構建光流估計能量函數，并利用變分法對能量函數進行優化，完成人工復眼圖像的光流估計。

實現本發明目的的技術方案如下：

一種人工復眼相機的圖像陣列光流估計方法，包括步驟

S1、獲取人工復眼圖像：令人工復眼相機具有M×N個子眼，組成一個子眼陣列，i為二維向量表示表示陣列中的一個子眼，則在時間t和t+1分別捕捉獲得M×N個圖像I_i(x,y,t)和I_i(x,y,t+1)；

S2、檢測每個子眼圖像是否包含運動目標：子眼i在時間t和t+1的圖像I_i(x,y,t)和I_i(x,y,t+1)關于時間t的絕對差值dt(x,y)公式為：

dt(x,y)＝|I_i(x,y,t)-I_i(x,y,t+1)|

如果dt(x,y)大于閾值τ，則像素(x,y)是運動目標的投影點；如果子眼圖像中運動目標的投影點數量大于某一常數Mon，則該子眼捕捉圖像中包含運動目標；

S3、令x＝(x,y,t)^T表示像素(x,y)在時間t的坐標，w＝(u,v,1)^T表示時間t和t+1間的位移向量；其中u和v分別表示水平和垂直位移量，則光流估計能量函數E(u,v)計算方法為：

S31、對任意子眼i，計算圖像數據匹配項

其中表示空間梯度，Ψ是懲罰函數，ε為一極小正常數以保證懲罰函數為凸函數，γ是權重，Ω表示圖像域；

S32、計算平滑項

其中

當只有兩張圖像，則變為▽；