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光流场计算及其若干优化技术研究

作　者: 路子赟
导　师: 高隽
学　校: 合肥工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 光流计算大位移光流图割空间项遮挡反馈控制
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

计算图像光流场是计算机运动视觉的基础研究内容，是进行运动分析与理解的重要工具，在运动检测、运动估计、运动跟踪、运动识别等应用中都有重要作用。虽已发展了三十年，但新的要求、新的问题促使了新一代光流计算技术的发展，新理论、新技术、新方法在该研究领域不断涌现，使得该领域的研究再次成为热点。本论文以提高光流场质量为核心任务，选择了其中的几个前沿和热点问题，即反馈控制的光流计算、大位移光流计算、图割光流计算、遮挡判断与处理，从优化角度展开了一些创新性研究，涉及优化、控制、图像处理、人工智能等多个学科。本文的主要工作如下：(1)综述了光流场估计算法的研究现状及面临的主要问题，简单介绍了连续光流计算算法的分类及其原理、光流场的表示方法、用于光流计算的测试图像库、基准光流场、评价指标等光流场质量评价体系，为后续光流场质量的评价提供依据。(2)介绍了全局微分估计法和局部微分估计法的技术细节，引入反馈控制的思想，提出了一种最优控制的局部光流计算法，阐述了光流计算的最优控制过程，涉及控制环节、控制参数、目标函数、优化算法，并做了相应的实验，是提高现有光流计算精度的一种全新尝试。(3)综述了大位移光流计算的研究现状，阐述了传统HS估计法对大位移光流计算的机理性误差及补偿原理，介绍了Harris算子的原理和角点匹配方法，提出了一种基于Harris角点匹配的新的补偿式大位移全局光流计算法，并实验验证了它的有效性。(4)阐述了图割优化算法的基本理论，列举了三种具体的图割优化算法，以及在光流计算中的应用，并通过实验演示了计算效果。图割光流计算过程的实质是依赖离散能量函数的最优化过程，具有运动边界保护性好、可估计大位移光流的优点，同时也具有平滑过渡性较差的缺点。(5)比较了图割能量函数中几种空间项函数的平滑性能，理论和实验证明了空间项的扰动能消减outlier点的发生。另外，提出了一种基于正反帧序的遮挡判别式，以及新的图割能量函数和网络流图结构，通过控制局部的空间项而控制光流场的局部平滑，实现了遮挡的判断和处理。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
致谢  11-14
插图清单  14-16
表格清单  16-17
第一章绪论  17-27
  1.1 研究背景  17-19
  1.2 研究现状  19-23
  1.3 论文的课题来源、研究内容与章节安排  23-25
  参考文献  25-27
第二章光流场质量评价  27-41
  2.1 连续光流计算法原理简介  27-30
  2.2 光流场质量评价体系  30-36
  2.3 光流场的显示方案  36-40
  2.4 本章小结  40
  参考文献  40-41
第三章提高微分光流计算精度  41-64
  3.1 引言  41-42
  3.2 微分光流计算技术  42-44
  3.3 微分法的机理性误差  44-46
  3.4 补偿式全局光流计算  46-51
  3.5 反馈式局部光流计算  51-55
  3.6 实验与分析  55-61
  3.7 本章小结  61
  参考文献  61-64
第四章图割光流计算  64-92
  4.1 引言  64
  4.2 图割优化理论  64-78
  4.3 图割光流计算  78-80
  4.4 实验对比  80-90
  4.5 本章小结  90
  参考文献  90-92
第五章图割能量泛函的空间项应用  92-113
  5.1 引言  92
  5.2 空间项与平滑性  92-93
  5.3 消减 OUTLIER 点  93-96
  5.4 遮挡判断与处理  96-103
  5.5 实验与分析  103-111
  5.6 本章小结  111
  参考文献  111-113
第六章总结与展望  113-115
  6.1 论文总结  113
  6.2 研究展望  113-115
攻读博士学位期间发表论文及参加科研情况  115

光流场计算及其若干优化技术研究

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