[发明专利]一种基于块匹配的运动估计方法、运动估计系统及其应用

权利要求书

1.一种基于块匹配的运动估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取微小物体的旋转运动图像序列；

通过基于块匹配的自定义块算法对目标微小物体进行平动补偿；

对平动补偿后所述目标微小物体进行像素块相关分析，以计算所述目标微小物体的旋转圈数；

所述基于块匹配的自定义算法使用圆形旋转模板；

所述像素块相关分析具体包括：

通过算式1计算模板与顺序图像块之间的相关系数；

寻找所述相关系数的局部最大值以追踪峰点；

依据峰点的索引计算获得所述微小物体的旋转圈数；

所述算式1为：

其中，t(·)为模板，f(·)为顺序图像块，和分别是t(·)和f(·)的平均数；所述方法还包括：对所述微小物体的旋转运动图像序列通过使用高斯低通滤波器进行降噪以及通过直方图均衡化增强目标微小物体与背景的对比度；

所述通过直方图均衡化增强目标微小物体与背景的对比度具体包括：把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布；

所述通过基于块匹配的自定义块算法对目标微小物体进行平动补偿的步骤具体包括：

生成圆形旋转模板；

利用所述圆形旋转模板进行块匹配，估计所述目标微小物体的运动轨迹；

所述圆形旋转模板旋转一定的角度进行块匹配；

所述生成圆形旋转模板的步骤具体包括：

将目标图像转换为灰度等级图像；

通过自适应阈值算法将所述灰度等级图像转换为二值图像；

计算所述圆形旋转模板的圆心及半径，形成所述圆形旋转模板；

所述块匹配步骤具体包括：

在搜索窗口依据预设的匹配标准计算获得最佳匹配块作为参考块；

计算所述参考块到宏块当前位置的运动向量；

所述匹配标准具体由如下算式表示：

其中，(x,y)∈S，(i,j)∈M，S为搜索窗口，M为圆形旋转模板；

与所述运动向量相对应的搜索窗口中绝对差和最小的运动向量具体由如下算式计算：

2.一种细胞运动动力学特性分析方法，其特征在于，应用如权利要求1所述的运动估计方法对处于介电泳力场的细胞进行旋转速度分析。

3.一种基于块匹配的运动估计系统，其特征在于，所述系统包括：

图像获取模块，用于获取微小物体的旋转运动图像序列；

平动补偿模块，用于通过基于块匹配的自定义块算法对目标微小物体进行平动补偿；

以及相关系数计算模块，用于对平动补偿后所述目标微小物体进行像素块相关分析，以计算所述目标微小物体的旋转圈数；

所述基于块匹配的自定义算法使用圆形旋转模板；

所述像素块相关分析具体包括：

通过算式1计算模板与顺序图像块之间的相关系数；

寻找所述相关系数的局部最大值以追踪峰点；

依据峰点的索引计算获得所述微小物体的旋转圈数；

所述算式1为：

其中，t(·)为模板，f(·)为顺序图像块，和分别是t(·)和f(·)的平均数；所述图像获取模块还包括：用于对所述微小物体的旋转运动图像序列通过使用高斯低通滤波器进行降噪以及通过直方图均衡化增强目标微小物体与背景的对比度；

所述通过直方图均衡化增强目标微小物体与背景的对比度具体包括：把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布；

所述通过基于块匹配的自定义块算法对目标微小物体进行平动补偿的步骤具体包括：

生成圆形旋转模板；

利用所述圆形旋转模板进行块匹配，估计所述目标微小物体的运动轨迹；所述圆形旋转模板旋转一定的角度进行块匹配；

所述生成圆形旋转模板的步骤具体包括：

将目标图像转换为灰度等级图像；

通过自适应阈值算法将所述灰度等级图像转换为二值图像；

计算所述圆形旋转模板的圆心及半径，形成所述圆形旋转模板；

所述块匹配步骤具体包括：

在搜索窗口依据预设的匹配标准计算获得最佳匹配块作为参考块；

计算所述参考块到宏块当前位置的运动向量；

所述匹配标准具体由如下算式表示：

其中，(x,y)∈S，(i,j)∈M，S为搜索窗口，M为圆形旋转模板；

与所述运动向量相对应的搜索窗口中绝对差和最小的运动向量具体由如下算式计算：