《流體運動圖像的物理光流計算方法研究》是依託汕頭大學，由蔡澤民擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：流體運動圖像的物理光流計算方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔡澤民
- 依託單位：汕頭大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於光流的流體運動圖像計算與傳統PIV方法相比，能充分利用已有的各種流體可視化技術並顯著提高流體運動矢量場的精度。然而由於光流只是對圖像亮度模式運動的反映，簡單地利用圖像的光流作為真實運動的描述存在不足，有時甚至不能反映流體真實運動。此外，圖像光流缺少物理含義，嚴重影響光流方法在流體運動圖像計算與分析上的套用。為此，課題主要研究一般流體運動圖像的物理光流計算方法：1、基於透射投影變換，從流體力學基本方程出發，推導流體運動的物理光流模型，為流體運動矢量場的精確計算奠定基礎；2、針對圖像域上的投影運動方程，結合流體運動的初始與邊界條件信息設計合理的正則化約束條件，以保證對流體運動圖像物理光流的正確求解，並轉化為流體運動矢量；3、增強與復原流體運動圖像，進一步提高流體運動矢量場的精度。課題的研究將增強光流方法在流體力學中的適用性，並為運動圖像分析這一計算機視覺重要領域的研究和套用提供理論支撐。
結題摘要
基於圖像的運動分析是一項重要的圖像處理與視頻分析任務，傳統的光流只是對圖像亮度模式運動的反映，簡單地利用圖像的光流作為真實運動的描述存在不足，有時甚至不能反映流體的真實運動。此外，圖像光流缺少物理含義，嚴重影響光流方法在運動圖像計算與分析上的套用。 項目研究物理光流計算方法，分析其理論依據，並初步探索其在各種基於圖像的運動分析上的套用。本項目研究中，我們從傳統光流方程出發，分析其存在的問題，揭示圖像灰度運動與實際物理運動之間的差異，利用透射投影變換及BV空間的定義，揭示圖像灰度運動與三維實際運動之間的內在聯繫，建立物理光流方程；在借鑑Aubert等人工作的基礎上，我們還獲得了物理光流方程的變分形式，基於變分方法對物理光流方程進行求解，證明解的唯一性與收斂性，並從數學上解釋了物理光流方法對非連續區域的運動估計具有良好的邊界保持特性，大量的仿真實驗及真實流體運動計算驗證了物理光流方法能有效恢復真實流體的運動。與此同時，我們還將光流估計問題與濾波思想進行統一，並提出了一個基於濾波的光流估計統一框架，已有的光流算法均能納入該框架。在此基礎上，通過Non-local Split Bregman正則化約束，在該框架下得到新的光流估計算法，同已有的方法相比，精度更高，計算速度更快。 本研究中，還對物理光流方法的套用進行研究，通過利用物理光流方法提取圖像運動特徵，在包括基於視頻的煙霧檢測、視頻監控中的異常行為分析等方面進行了有益探索。我們提出了一種基於物理光流特徵的視頻煙霧檢測算法，並利用自己所拍攝得到的一組包括室內外的煙霧實驗視頻驗證了算法的有效性。視頻監控中的人體行為屬於大位移運動，從實驗結果來看，物理光流方法要套用於異常行為分析還需要進一步研究，首先需要將物理光流方法擴展到大位移分析上，課題組將繼續在物理光流方法在大位移運動分析方面繼續深入研究，使其更加適合於視頻監控套用上，特別是在人群中異常行為檢測與識別上。 以上研究成果，已發表SCI和EI檢索研究論文6篇，目前還有3篇SCI檢索期刊論文在審稿中；已培養畢業碩士研究生2名，在讀碩士研究生3名。
