第五讲中层视觉正交变换与运动估计.ppt

2.二维运动估计自然界的一切景物都在运动着，静止只是相对的，利用种种观测器取得的二维图像序列只是记录了景物的某一侧面、某一局部、某一时间内各时刻的灰度图像。从二维图像序列检测景物运动，提取运动参数，分析景物的运动规律；或者获取立体景物的深度、遮盖和表面主方向等信息是图像序列分析的主要研究内容。例如，从运动物体的图像序列提取物体（如飞行器、交叉路口的汽车、传送带上的机器零件等）的平移、旋转等运动参数，从卫星云图提取某地区上空各云团中心的运动规律。从一个心动周期的超声波图像序列，检测心内膜位置，从而计算心脏排血量等对诊断心脏病有重要价值的参数。第30页，共55页，星期日，2025年，2月5日二维运动估计如果同一个观测器，在相邻两时刻tk-1和tk获得的同一个三维景物图像为f(x,y,tk-1)帧与f(x,y,tk)，而景物中某物体的特征（例如飞行器的前端）在这两幅图像上的相对位置是不同的，我们称这种位置的差为视差。它是三维景物的运动反映在二维图像上的位移向量（包括大小和方向）.视差除以时间?tk，称为瞬时位置速度.在图象序列反映的景物中，各物体或部分的运动是不同的，形成众多的瞬时位置速度向量，这些不同的瞬时位置速度向量分布在图像上形成的向量场称为瞬时位置速度场，也称为光流场。根据视差大小和方向可以推断立体景物物体表面上各点与观测器之间的距离或深度，从而获得距离版图；也可以推断多个物体相互遮盖边界位置和物体表面各点的表面主方向。第31页，共55页，星期日，2025年，2月5日二维运动估计在运动检测、运动参数提取、运动分析、距离版图获取、遮盖物体边界古迹、物体表面主方向估计中，视差的估计是十分重要的。图像序列分析的应用领域包括工业（生产过程动态监视），办公自动化（电视会议，可视电话的频带压缩）遥感（云的运动和高度估计），生物医学，交通管理等第32页，共55页，星期日，2025年，2月5日摄象机和场景运动运动分析分为四种模式模式：摄象机静止/物体静止：简单的静态场景分析．摄像机静止/场景运动：一类非常重要的动态场景分析，包括运动目标检测、目标运动特性估计等，主要用于预警、监视、目标跟踪等场合。摄象机运动/物体静止：重要的动态场景分析，包括基于运动的场景分析、理解，三维运动分析等，主要用于视觉导航、目标自动锁定与识别等．摄象机运动/物体运动：最一般的情况，也是最难的问题，目前对该问题研究的还很少．第33页，共55页，星期日，2025年，2月5日图象序列，视差，瞬时位置速度场和光流场图象序列又称动态图象，它由一系列图象组成，它们具有给定的或假设的相对次序，并给出相邻两图象获取的时间间隔关系。它的一般表示可以写成i,j=0,1,…….,n-1所谓相对次序一般是指时刻在之后（k=1,2,…n-1）。相邻两图象获取的时间间隔定义为=-k=1,2,…….,n-1(k=1,2,…..,n-1)可以不等也可以相等，一般取为相等也就是说所有的图象的获取时间间隔均相等。图象序列的每一幅，引用电视机技术术语也称为一祯。第34页，共55页，星期日，2025年，2月5日在动态景物中，组成景物的各个运动物体在不同的时刻其空间位置是不同的。假设oxyz是空间物体P点的空间位置坐标系，它构成物体空间。OXY是图象空间，它是一个平面，也就是观测器对物体点P进行观测获取的图象形成的位置。O与O相距F（观测器的焦距），oyz与OYZ位于同一平面（见下图。P点在时刻物体空间的坐标为，时刻的坐标为。它们在图象空间的坐标分别为和，记第35页，共55页，星期日，2025年，2月5日第36页，共55页，星期日，2025年，2月5日空间物体点P从运动到，反映在图象平面上，从位置运动到。这是我们通过观测器观测三维景物运动记录下来并得到的信息。移位到，其位移量为我们称物体表面的点在相邻两时刻图象上相应的位置的移位为视差，视差的估计称为视差问题。物体点P从运动到的时间间隔为。把图象平面上物体图象相应位置的速度记为，那么的大小和方向分别为从第37页，共55页，星期日，2025年，2月5日1）运动检测和估计的傅立叶方法用傅立叶变换，可以检测和估计运动物体的二维平移，旋转和尺度变化1。物体