一种基于分块同向速度累加的光流场分割方法，本发明专利技术先通过局部方法计算光流，首先假定光流场在一较小的局部图像区域上保持恒定，得到一个超定方程组，而后运用数据拟合方法求解该超定方程组，从而得到光流解；再进行同向速度累加，得到了图像的光流场后，根据运动目标的大小，将图像划分成n*n个小方格，n根据需要选择，一般取n＝8～12；将0～360度方向划分为m个等级，即每个等级包含360/m度；把速度方向划分成了m个级别，取m＝80～100；统计每个方格每个速度方向上速度幅值的累积和。无论静止或运动的物体，利用本发明专利技术方法，都能准确分割出运动目标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种基于光流场分割的运动目标检测方法。
技术介绍
光流场的计算是基于Lucas-Kanade局部光流算法。能够从计算出的光流场中准 确的分割出运动目标，解决了二维光流场矢量分割的技术难题，为后续一系列的处理奠定 了基础。传统基本方程的理论依据是灰度恒定假设，即认为在连续相邻的两帖图像中，物体 表面同一面元对应的像素灰度保持不变。化rn等人根据该一假设推导了光流基本方程。 [000引设I (X，y, t)是面元（X，y)在t时刻的成像灰度，t+ S t时刻该面元运动到 (X+ 5 X，y+ 5 y)，其成像灰度为I (X+ 5 X，y+ 5 y, t+ 5 t)。此时，根据灰度恒定假设有； I (x+ 5 X, y+ 5 y, t+ 5 t) = I (x, y, t) (1) 上式左端进行展开得： / 以，.1'，叫 + ^在Y + ^式V + 与^況 + 0=/ (.、-，vU) (2) C.V ay at 其中，0是关于5x、5y、5t的二阶及二阶W上的项。（2)式两边的I(x，y，t)相 互抵消，并同除W 5t，而后取极限5t - 0,得： D! dx a! dv 01 . --^+―=0 (3) cx at ay at at 令M v = ，则V = (u, v)T即为t时刻（X，y)处的光流，它反映了该点在该 at tit 一时刻的运动状态。记/，二^，/，.二^，/，二^，则VUvv/') = |// /f表示图像的空域 梯度，It表示图像的时域导数，它们均可通过图像数据求得。从而，（3)可重新写为： IxU+IyV+It= 0 或 VI(-.v + /,=0 (4) (4)式即为著名的光流基本方程，我们称之为基于灰度恒定假设的光流基本方程 (BE-HIC, Basic Equation Based on the Hypothesis of Intensity Constance)。 光流基本方程用公式化的语言描述了空间梯度、时间微分与运动速度之间的约束 关系，在u、v二维坐标系中定义了一条直线。在平面坐标系中对应的直线，该直线上任何一 点都满足光流基本方程。因此，仅仅依靠光流基本方程无法确定光流值，该在光流计算中被 称作孔径问题。 为解决孔径问题，许多学者引入了各种光流约束条件，形成了不同的光流计算方 法。其中，最为著名的是Horn-Schunck的全局平滑法和Lucas-Kanade的局部平滑法，后续 光流方法都是在该两种方法的技术框架下发展起来的。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用光流场的二维矢量特性，准确分割出运动目标。 本专利技术的具体方案如下； A局部方法计算光流 假设在一个较小的局部图像区域Q上光流保持恒定，从而由基本方程得到一个 超定方程组：[001 引 Ix(Xi)u+Iy(Xi)v+It(Xi) = 0(XiG Q (i = 0,…，n-1)) 妨 而后采用最小二乘法（LS，Least Squares)求解该方程组得到光流值，过程如下。 在Q上，定义光流估计误差为：【主权项】1. 一种基于分块同向速度累加的光流场分割的运动目标检测方法，其特征在于包括以 下步骤： A局部方法计算光流 假设在一个较小的局部图像区域Ω上光流保持恒定，从而由基本方程得到一个超定 方程组 Ix (Xi) u+Iy (Xi) v+It (Xi) = O (Xi e Ω (i = 0, · · ·，n-1)) 而后采用最小二乘法求解该方程组得到光流值，过程如下： 在Ω上，定义光流估计误差为：最小化EM，得光流计算式： AtAv = ATb 其中，为系数矩阵，b = -(It (Xl)，...，It(xn) )τ为常数项；求 解光流计算工可得： V = _1ATb (1) 当AtA为非奇异矩阵时，可以得到V的解析解； 设I (X，y，t)是面元（X，y)在t时刻的成像灰度，t+ δ t时刻该面元运动到 (X+ δ X，y+ δ y)，其成像灰度为 I (X+ δ X，y+ δ y, t+ δ t)，时刻（x，y)处的光流，记则= (/J f表不图像的 空域梯度，1,表示图像的时域导数； 光流值估计值V的可靠性由AtA的特征值来鉴别，设AtA的特征值为λρ λ2，且 λ 2;如果λ i、入2均大于一个阈值τ，τ = 〇. 〇〇1，则根据式⑴计算光流；否则，不 计算光流； B同向速度累加 得到了图像的光流值后，根据运动目标的大小，将图像划分成η*η个小方格；η可根据 需要选择，一般取η = 8?12 ;将0?360度方向划分为m个等级，即每个等级包含360/m 度；这样把速度方向划分成了 m个级别，这里取m = 80?100 ;统计每个方格每个速度方向 上速度幅值的累积和，把各自方向上速度的大小累加起来作为本方向上的幅值，如果某个 网格中有运动目标存在，在这个目标的运动方向上就会形成一个波峰，而背景像素的幅值， 由于方向的不一致性和幅值较小，累加和就会形成波谷，如果网格中是单目标或者多目标 运动方向一致就会形成"单峰"图像，如果是多目标多方向运动图像就会形成"多峰"图像， 检测出峰值，其对应的运动方向就是目标的运动方向，把这些运动方向上的像素点聚类，再 排除背景上孤立的虚警点，从而检测到目标。【专利摘要】一种基于分块同向速度累加的光流场分割方法，本专利技术先通过局部方法计算光流，首先假定光流场在一较小的局部图像区域上保持恒定，得到一个超定方程组，而后运用数据拟合方法求解该超定方程组，从而得到光流解；再进行同向速度累加，得到了图像的光流场后，根据运动目标的大小，将图像划分成n*n个小方格，n根据需要选择，一般取n＝8～12；将0～360度方向划分为m个等级，即每个等级包含360/m度；把速度方向划分成了m个级别，取m＝80～100；统计每个方格每个速度方向上速度幅值的累积和。无论静止或运动的物体，利用本专利技术方法，都能准确分割出运动目标。【IPC分类】G06T7-00, G06T7-20【公开号】CN104537691【申请号】CN201410840885【专利技术人】王鲁平, 李飚, 高颖慧, 王平, 赵明, 张路平, 梁楹, 范明喆 【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学【公开日】2015年4月22日【申请日】2014年12月30日【公告号】CN104537691B本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分块同向速度累加的光流场分割的运动目标检测方法，其特征在于包括以下步骤：A局部方法计算光流假设在一个较小的局部图像区域Ω上光流保持恒定，从而由基本方程得到一个超定方程组Ix(xi)u+Iy(xi)v+It(xi)＝0(xi∈Ω(i＝0,...,n‑1))而后采用最小二乘法求解该方程组得到光流值，过程如下：在Ω上，定义光流估计误差为：ELK=Σxi∈Ω(Ix(xi)u+Iy(xi)v+It(xi))2]]>最小化ELK，得光流计算式：ATAv＝ATb其中，为系数矩阵，b＝‑(It(x1),...,It(xn))T为常数项；求解光流计算工可得：v＝[AT A]‑1ATb (1)当ATA为非奇异矩阵时，可以得到v的解析解；设I(x,y,t)是面元(x,y)在t时刻的成像灰度，t+δt时刻该面元运动到(x+δx,y+δy)，其成像灰度为I(x+δx,y+δy,t+δt)，v＝(u,v)T为t时刻(x,y)处的光流，记则表示图像的空域梯度，It表示图像的时域导数；光流值估计值v的可靠性由ATA的特征值来鉴别，设ATA的特征值为λ1、λ2，且λ1≥λ2；如果λ1、λ2均大于一个阈值τ,τ＝0.001，则根据式(1)计算光流；否则，不计算光流；B同向速度累加得到了图像的光流值后，根据运动目标的大小，将图像划分成n*n个小方格；n可根据需要选择，一般取n＝8～12；将0～360度方向划分为m个等级，即每个等级包含360/m度；这样把速度方向划分成了m个级别,这里取m＝80～100；统计每个方格每个速度方向上速度幅值的累积和，把各自方向上速度的大小累加起来作为本方向上的幅值，如果某个网格中有运动目标存在，在这个目标的运动方向上就会形成一个波峰，而背景像素的幅值，由于方向的不一致性和幅值较小，累加和就会形成波谷，如果网格中是单目标或者多目标运动方向一致就会形成“单峰”图像，如果是多目标多方向运动图像就会形成“多峰”图像，检测出峰值，其对应的运动方向就是目标的运动方向，把这些运动方向上的像素点聚类，再排除背景上孤立的虚警点，从而检测到目标。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王鲁平，李飚，高颖慧，王平，赵明，张路平，梁楹，范明喆，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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