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基于纹理特征的光流计算方法研究

作　者: 冯鑫
导　师: 屈桢深
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 光流计算 纹理分析 Gabor滤波器 结构张量 多分辨率方法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


纹理是图像的重要特征。纹理特征的速度表明了目标区域的基本运动。本文通过对图像纹理特征进行分析,将纹理特征同光流基本方程结合,提出了基于Gabor滤波器的纹理特征速度计算方法,最后通过结构张量和多分辨率法解决了计算中的孔径问题和速度限制。论文主要内容如下:首先,本文研究了纹理分析的基本方法。通过讨论纹理的概念,详细分析和描述了现实中存在的纹理。纹理分析具有许多不同的方法,其中统计分析法和信号处理法是两类最重要的方法。统计分析法中自相关函数和边界频率是两种简单易用的方法。信号处理法中最重要的是在频域对图像进行分析的傅里叶变换法。频谱中包含非常丰富的图像信息,能够粗略的描述纹理的模式,从中可以得到纹理周期性,方向性和随机性的许多信息。其次,本文研究了基于纹理特征的光流计算方法。在假设相对稳健的图像纹理特征不变的条件下,推导得到运动估计方程及运动向量,然后分析了速度的预估值与实际值的残差。通过定义纹理特征的差异度,综合矩阵行列式值以及条件数来判断运动估计的准确性和稳定性,同时设计了Gabor滤波器组来实现该方法。通过对人工合成视频和实际视频序列的实验结果表明,与同样基于滤波器的已有方法相比,该方法在复杂背景和运动目标具有独特纹理特征的情况下具有良好的估计效果。最后,本文研究了改善光流估计算法的方法。光流计算的主要两个问题是孔径问题和待求速度的限制问题。针对这两个问题,分别使用结构张量法和多分辨率法进行改善。通过使用结构张量法对孔径问题进行分析,对具有严重孔径问题区域的计算进行了改进。通过将多分辨率法分别结合Lucas-Kanade光流方法和本文提出的纹理特征速度估计方法,使其能够适用于具有快速运动目标的场景。试验结果表明,结构张量法和多分辨率方法能有效的解决光流计算中的孔径和速度限制问题。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9-10
  1.2 光流场计算研究现状  10-15
    1.2.1 基于梯度方法(微分法)  11-12
    1.2.2 基于区域方法(匹配法)  12-13
    1.2.3 基于能量的方法(能量法)  13-14
    1.2.4 基于相位方法(相位法)  14-15
  1.3 本课题主要研究的内容  15-16
第2章 图像的纹理特征  16-27
  2.1 图像的纹理  16-17
  2.2 纹理分析的应用  17-19
  2.3 纹理描述方法  19-26
    2.3.1 统计分析法  20-22
    2.3.2 信号处理方法  22-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 基于纹理特征的速度计算方法  27-41
  3.1 Gabor 滤波器组  27-31
    3.1.1 特征提取  27
    3.1.2 Gabor 滤波器  27-29
    3.1.3 Gabor 滤波器组  29-31
  3.2 基于Gabor 滤波器组的纹理运动估计  31-36
    3.2.1 纹理特征运动方程  31-33
    3.2.2 基于纹理特征的运动估计  33-35
    3.2.3 Gabor 滤波器组的设计方法  35
    3.2.4 误差分析  35-36
  3.3 实验结果与分析  36-40
    3.3.1 正弦波模式序列  36-39
    3.3.2 Hamburg Taxi 序列和Rubic Cube 序列  39-40
  3.4 本章小节  40-41
第4章 改善光流估计算法的方法  41-60
  4.1 基本光流计算中的问题  41-43
    4.1.1 孔径问题  41-42
    4.1.2 估值速度的限制  42-43
  4.2 结构张量法改进孔径问题  43-51
    4.2.1 结构张量  43-45
    4.2.2 结构张量法的分析过程  45-47
    4.2.3 结构张量方法解决光流计算中的孔径问题  47-50
    4.2.4 结构张量法和最小二乘法对比  50-51
  4.3 多分辨率方法改进速度限制  51-59
    4.3.1 基本Lucas-Kanade 光流方法的多分辨率实现  51-53
    4.3.2 多分辨率纹理特征速度估计法  53-55
    4.3.3 实验结果和分析  55-59
  4.4 本章小节  59-60
结论  60-61
参考文献  61-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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