[发明专利]金字塔遮挡检测块匹配的鲁棒插值光流计算方法

说明书

本发明公开了一种金字塔遮挡检测块匹配的鲁棒插值光流计算方法，首先进行金字塔遮挡检测块匹配得到稀疏的鲁棒运动场，对连续两帧图像通过下采样因子构成k层图像金字塔，在每一层金字塔进行块匹配，获取带有初始遮挡的匹配结果；通过基于变形误差的遮挡检测算法，得到遮挡检测信息；由匹配得到准确的稀疏匹配结果，需要经过鲁棒插值算法获取稠密光流；由鲁棒插值算法得到稠密光流后，经过全局能量泛函变分优化稠密光流：经过全局能量泛函变分优化得到最终光流。有效地提高了光流估计的计算精度，改善了光流方法在复杂场景的适用性。在安全监控、交通检测以及目标分割与跟踪等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及图像序列光流计算技术，特别涉及一种基于金字塔遮挡检测块匹配的鲁棒插值光流计算方法。

背景技术

光流场是分析序列图像中运动目标的重要方法。光流场不仅包含了被观察物体的运动信息,而且携带有光景物三维结构的信息,所以光流场在不同的领域中具有很重要的作用。在计算机视觉中,诸如目标分割、识别、跟踪、机器人导航以及形状信息恢复等及其重要的任务。光流场计算在工业和军事应用领域具有重要的现实意义,诸如在完成各种工业或军事任务的机器人视觉系统,基于运动分析的空间卫星跟踪系统,地对空导弹火控系统,进行资源勘探、天气预报或卫星照片的自动分析系统,医学上器官异常的分析和诊断系统等中均有广泛应用。

近年来，随着光流估计算法的快速发展，基于块匹配的鲁棒插值光流计算策略逐渐成为解决光流计算大位移运动和遮挡的重要手段，目前基于块匹配的光流优化模型被广泛采用，能够在大位移运动中计算结果异常值对光流估计结果的影响。但是该类方法在边缘遮挡，大位移运动光流估计的准确性和鲁棒性问题仍未妥善解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种金字塔遮挡检测块匹配的鲁棒插值光流计算方法。利用遮挡检测优化金字塔块匹配优化大位移运动下的光流估计准确性，利用边缘优化的鲁棒插值算法解决在遮挡情况下的光流估计的鲁棒性。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案。一种金字塔遮挡检测块匹配的鲁棒插值光流计算方法，其步骤如下：

1)首先进行金字塔遮挡检测块匹配得到稀疏的鲁棒运动场：

(1)对连续两帧图像通过下采样因子构成k层图像金字塔，在每一层金字塔中构建种子块{s^l}；

(2)创建好图像金字塔和种子块后，在每一层金字塔进行块匹配，步骤如下：

I.初始化：每一个种子块分配一个随机匹配；

II.邻域传播：比较匹配块的相似度，选取最大相似度的匹配块；

III.随机搜索：在当前最优匹配附近随机试探，寻找更优匹配；搜索半径r开始为每一层图像的尺寸，然后以1/2的收敛速度减少半径，直到r＝1；

(3)在每一层块匹配结束后，进行前后一致性检测：将前后项匹配结果进行一致性比较，获取带有初始遮挡的匹配结果；

(4)通过基于变形误差的遮挡检测算法，得到遮挡检测信息；

(5)前后一致性检测结束后，将匹配结果超像素分割并聚类，进行双边滤波，获取带有边缘信息以及初始遮挡信息的匹配结果；

(6)输入遮挡检测结果，进行遮挡信息判断：中心像素点的邻域像素与遮挡信息进行同或运算，相邻像素判断为遮挡点个数过半数后，中心像素点为遮挡点，否则为非遮挡点；通过优化前后一致性遮挡检测结果，得到该层金字塔最终带有准确遮挡信息的匹配结果f(s^l)，公式如下：

式中：N_o为被判断遮挡点个数，N为相邻像素点总数，s^l为中心像素点；