一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法，包括：輸入圖像序列；將圖像灰度化，并對圖像進行降采樣；運用變分法求與光流估計模型等價的離散化Euler-Lagrange方程組；采用非線性多重網(wǎng)格法求解光流；利用OpenMP并行編程模型對能量泛函的求解過程進行加速。本發(fā)明利用非線性多重網(wǎng)格法求解非線性光流模型，在每一個多網(wǎng)格循環(huán)中消去一個非線性殘差，消除了線性多重網(wǎng)格法的求解誤差，從而保證了光流的求解精度；本發(fā)明的數(shù)值求解方法只需迭代20～30次，與現(xiàn)有方法相比，大大提高了光流計算的實時性。同時，本發(fā)明利用OpenMP并行編程模型對能量泛函的求解過程進行加速，提高了程序的運行速度。
【專利說明】一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機視覺領(lǐng)域，具體涉及一種利用基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光流是指空間運動物體在觀測成像面上像素運動的瞬時速度，提供了有關(guān)場景中物體結(jié)構(gòu)、位置與運動信息，是計算機視覺的重要組成部分。光流是基于像素點定義的，所有光流的集合稱為光流場。光流場是運動圖像分析技術(shù)的重要方法之一，在軍事、工業(yè)和生活等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前的光流計算方法采用光流模型的能量泛函均由數(shù)據(jù)項和平滑項組成。數(shù)據(jù)項是變分光流算法中能量泛函的主要組成部分，主要包含了各種常值守恒假設(shè)，例如灰度守恒假設(shè)、梯度守恒假設(shè)、Hessian矩陣守恒假設(shè)、拉普拉斯守恒假設(shè)等，這些守恒假設(shè)構(gòu)成的約束條件是光流計算中決定運動模型的關(guān)鍵。平滑項是變分光流算法中能量泛函的又一重要組成部分，主要包含了各種平滑和分段平滑策略，它使變分光流模型取得唯一解。
[0004]Horn和Schunck在1981年引入基本光流約束方程及整體平滑約束條件，建立了光流計算的變分模型。該方法數(shù)據(jù)項采用灰度守恒假設(shè)，即:
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法，其特征在于，引入非線性多重網(wǎng)格法和OpenMP編程模型提高光流的求解速度；所述方法包括以下步驟: 步驟一，輸入圖像序列； 步驟二，將圖像灰度化，并對圖像進行降采樣； 步驟三，運用變分法求與光流估計模型等價的離散化Euler-Lagrange方程組；運用變分法，對非線性光流能量泛函求偏導(dǎo)，得到與光流估計模型等價的Euler-Lagrange 方程組:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法，其特征在于，所述步驟四采用FAS多重網(wǎng)格法求解光流，具體方法如下: (I)定義非線性多重網(wǎng)格法求解過程中的參數(shù)； 非線性多重網(wǎng)格的方程為:
AhUh) = fh 式中，Ah是一個非線性算子，Xh是光流矢量，fh是與光流矢量無關(guān)的非線性矢量，上式對應(yīng)的離散形式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性多重網(wǎng)格法的光流場快速估計方法，其特征在于，所述步驟五利用OpenMP并行編程模型對能量泛函的求解過程進行加速的方法如下:在每個并行域中，分配多個任務(wù)到不同的線程中，采用標準的OpenMP任務(wù)分配編譯指導(dǎo)語句，借助 OpenMP 庫函數(shù) omp_get_num_threads O 和 pragma omp parallel 進行任務(wù)劃分，借助編譯制導(dǎo)語句parallel for循環(huán)訪問一個索引范圍，并在每次迭代時以并行方式執(zhí)行循環(huán)內(nèi)的函數(shù)，從而使編譯器可以自動將程序進行并行化。
【文檔編號】G06T7/20GK103761749SQ201410048618
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】賈松敏, 尹曉琳, 李秀智, 譚君, 趙冠榮, 秦寶嶺 申請人:北京工業(yè)大學(xué)