一种图像序列光流的获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种图像序列光流的获取方法及系统。所述方法包括：获得样本图像；对所述样本图像进行金字塔下采样分层，获得图像金字塔；计算当前层图像的光流增量、光流初始值和光流输出值；对当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值；判断所述当前层图像的层数是否等于所述图像金字塔的层数，若否，则重复上述步骤；若是则将所述引导滤波后的光流值作为所述图像序列的输出光流值。本发明专利技术的方法利用交替引导滤波对图像序列金字塔分层光流计算模型进行非线性化滤波，以解决图像序列金字塔分层模型光流计算结果中图像和运动边缘模糊的问题，实现图像序列中的目标物体与场景的准确分割。

A method and system for obtaining the optical flow of image sequence

The invention discloses a method and a system for acquiring optical flow of an image sequence. The method includes: obtaining the sample image; stratified the sample image in Pyramid, obtaining the image Pyramid, calculating the optical flow increment, the initial optical flow value and the output value of the current layer image, and alternately guiding the output value of the current layer image to obtain the optical flow value after the alternating boot filter. To determine whether the number of layers of the current layer image is equal to the number of layers of the image Pyramid, if not, the above steps are repeated; if then the value of the light flow after the guided filtering is used as the output optical flow value of the image sequence. This method uses the alternate boot filter to filter the image sequence Pyramid layered optical flow calculation model to solve the problem of blurring the image and motion edge in the image sequence of Pyramid stratified model, and realizes the accurate segmentation of the target object and the scene in the image sequence.

【技术实现步骤摘要】
一种图像序列光流的获取方法及系统
本专利技术涉及图像识别领域，特别涉及一种图像序列光流的获取方法及系统。
技术介绍
21世纪以来，随着计算机软、硬件水平的不断提升，图像序列光流计算及其相关技术研究逐渐成为计算机视觉与模式识别等研究领域的热点问题。其研究成果广泛应用于航空航天、军事、社会生产、生活、文物保护与复原、医学影像处理与分析等领域，例如应用于工业机器人的视觉系统、无人驾驶车辆行进过程中的前景及障碍物检测、智能交通检测与控制、无人机导航与起降系统、卫星云图分析与三维显示、医学图像中器官的重建与分析、诊断等等。目前，基于中值滤波的图像序列金字塔分层估计模型是图像序列光流计算技术中最常采用的一类方法，该类方法能够有效抑制光流计算结果中的噪声和溢出点，并且对大位移和光照变化等困难场景具有较高的光流计算精度。但由于中值滤波的本质是平滑滤波，因此其滤波结果常常使得图像序列光流计算结果中图像和运动的边缘过于平滑，导致场景或物体的轮廓十分模糊，致使无法准确的分割图像序列中的目标物体与场景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种图像序列光流的获取方法及系统，以实现图像序列中的目标物体与场景的准确分割。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种图像序列光流的获取方法，所述获取方法包括如下步骤：选取图像序列中的任意连续两帧图像，获得样本图像；对所述样本图像进行金字塔下采样分层，获得图像金字塔；从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值；对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值；根据所述交替引导滤波后的光流值和所述当前层图像的光流初始值，计算所述当前层图像的输出光流增量；判断所述当前层图像的层数是否等于所述图像金字塔的层数，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为否，则将所述当前层图像的下一层图像作为当前层图像，将所述交替引导滤波后的光流值作为所述当前层图像的光流初始值，将所述输出光流增量作为所述当前层图像的光流增量，返回所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值的步骤；若所述第一判断结果为是，则将所述引导滤波后的光流值作为所述图像序列的输出光流值。可选的，所述从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值，具体包括：选取第k层图像作为所述当前层图像；利用公式(1)计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；其中，uk、vk分别表示第k层图像的光流初始值沿x、y轴的分量；duk、dvk分别表示第k层图像的光流增量沿x、y轴的分量；ψ′k表示非平方惩罚函数在第k层图像的偏导，ε表示函数的自变量；Ixk、Iyk、Itk分别表示第k层图像像素点亮度I沿x、y轴和时间t方向的偏导；div表示光流散度。可选的，所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值，具体包括：将第k层图像作为当前层图像，利用公式(2)计算所述当前层图像的光流输出值；uk+1、vk+1分别表示第k层图像的光流输出值沿x、y轴的分量，uk、vk分别表示第k层图像的光流初始值沿x、y轴的分量；duk、dvk分别表示第k层图像的光流增量沿x、y轴的分量。可选的，所述对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值，具体包括：步骤一，将所述当前层图像的每一个像素点(i,j)T的光流输出值作为第n次迭代的第一联合双边滤波器的输入，将每一个所述像素点(i,j)T经第n-1次迭代的中值滤波值作为第n次迭代的第一联合双边滤波器的引导；其中，第0次迭代的中值滤波值n表示当前迭代次数，n＝1,2,…，N，N为预设迭代次数；步骤二，分别利用公式(3)获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值其中，表示滤波窗口点像素(i,j)T经过第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值，Kp1,Kp2表示权重归一化因子，σs表示空间权重控制标准差，σr表示范围权重控制标准差；步骤三，将所述当前层图像的每一个像素点(i,j)T经第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值作为第n次迭代的第二联合双边滤波器的输入，将每一个像素点(i,j)T的光流输出值作为第n次迭代第二联合双边滤波器的引导；步骤四，分别利用公式(4)获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的第二联合双边滤波后的光流值；其中，表示每一个所述像素点(i,j)T经过第n第迭代的第二联合双边滤波后的光流值，Kp3,Kp4表示权重归一化因子，步骤五，采用公式(5)对所述经第n次迭代的第二联合双边滤波后的光流值进行中值滤波，获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的中值滤波值；表示像素点(i,j)T经过中值滤波后的光流值，f(.)表示中值滤波；步骤六，判断当前迭代次数n是否小于预设迭代次数，若否，则将每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的中值滤波值作为所述当前层图像的交替引导滤波后的光流值；若是，则将n增加1作为当前迭代次数，返回所述步骤一。一种图像序列光流的获取系统，所述获取系统包括：样本图像获取模块，用于选取图像序列中的任意连续两帧图像，获得样本图像；金字塔分层模块，用于对所述样本图像进行金字塔下采样分层，获得图像金字塔；光流增量和光流初始值计算模块，用于从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；光流输出值计算模块，用于根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值；交替引导滤波模块，用于对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值；输出光流增量计算模块，用于根据所述交替引导滤波后的光流值和所述当前层图像的光流初始值，计算所述当前层图像的输出光流增量；第一结果判断模块，用于判断所述当前层图像的层数是否小于所述图像金字塔的层数，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则将所述当前层图像的下一层图像作为当前层图像，将所述交替引导滤波后的光流值作为所述当前层图像的光流初始值，将所述输出光流增量作为所述当前层图像的光流增量，返回所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值；若所述第一判断结果为否，则将所述引导滤波后的光流值作为所述图像序列的输出光流值。可选的，所述光流增量和光流初始值计算模块具体包括：当前层图像选取子模块，用于选取第k层图像作为所述当前层图像；光流增量和光流初始值计算子模块，用于利用公式(1)计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；其中，uk、vk分别表示第k层图像的光流初始值沿x、y轴的分量；duk、dvk分别表示第k层图像的光流增量沿x、y轴的分量；ψ′k表示非平方惩罚函数在第k层图像的偏导，ε表示函数的自变量；Ixk、Iyk、Itk分别表示第k层图像像素点亮度I沿x、y轴和时间t方向的偏导；div表示光流散度。可选的，所述光流输出值计算模块具体包括：光流输出值计算子模块，用于将第k层图像作为当前层图像，利用公式(2)计算所述当前层图像的光流输出值；uk+1、vk+1分别表示第k层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像序列光流的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括如下步骤：选取图像序列中的任意连续两帧图像，获得样本图像；对所述样本图像进行金字塔下采样分层，获得图像金字塔；从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值；对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值；根据所述交替引导滤波后的光流值和所述当前层图像的光流初始值，计算所述当前层图像的输出光流增量；判断所述当前层图像的层数是否小于所述图像金字塔的层数，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则将所述当前层图像的下一层图像作为当前层图像，将所述交替引导滤波后的光流值作为所述当前层图像的光流初始值，将所述输出光流增量作为所述当前层图像的光流增量，返回所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值的步骤；若所述第一判断结果为否，则将所述引导滤波后的光流值作为所述图像序列的输出光流值。

【技术特征摘要】
1.一种图像序列光流的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括如下步骤：选取图像序列中的任意连续两帧图像，获得样本图像；对所述样本图像进行金字塔下采样分层，获得图像金字塔；从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值；对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值；根据所述交替引导滤波后的光流值和所述当前层图像的光流初始值，计算所述当前层图像的输出光流增量；判断所述当前层图像的层数是否小于所述图像金字塔的层数，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则将所述当前层图像的下一层图像作为当前层图像，将所述交替引导滤波后的光流值作为所述当前层图像的光流初始值，将所述输出光流增量作为所述当前层图像的光流增量，返回所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值的步骤；若所述第一判断结果为否，则将所述引导滤波后的光流值作为所述图像序列的输出光流值。2.根据权利要求1所述的一种图像序列光流的获取方法，其特征在于，从所述图像金字塔中任意选取一层图像，作为当前层图像，并计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值，具体包括：选取第k层图像作为所述当前层图像；利用公式(1)计算所述当前层图像的光流增量和光流初始值；其中，uk、vk分别表示第k层图像的光流初始值沿x、y轴的分量；duk、dvk分别表示第k层图像的光流增量沿x、y轴的分量；ψ′k表示非平方惩罚函数在第k层图像的偏导，ε表示函数的自变量；Ixk、Iyk、Itk分别表示第k层图像像素点亮度I沿x、y轴和时间t方向的偏导；div表示光流散度。3.根据权利要求1所述的一种图像序列光流的获取方法，其特征在于，所述根据当前层图像的光流增量和光流初始值，计算所述当前层图像的光流输出值，具体包括：将第k层图像作为当前层图像，利用公式(2)计算所述当前层图像的光流输出值；uk+1、vk+1分别表示第k层图像的光流输出值沿x、y轴的分量，uk、vk分别表示第k层图像的光流初始值沿x、y轴的分量；duk、dvk分别表示第k层图像的光流增量沿x、y轴的分量。4.根据权利要求1所述的一种图像序列光流的获取方法，其特征在于，对所述当前层图像的光流输出值进行交替引导滤波，获得交替引导滤波后的光流值，具体包括：步骤一，将所述当前层图像的每一个像素点(i,j)T的光流输出值作为第n次迭代的第一联合双边滤波器的输入，将每一个所述像素点(i,j)T经第n-1次迭代的中值滤波值作为第n次迭代的第一联合双边滤波器的引导；其中，第0次迭代的中值滤波值n表示当前迭代次数，n＝1,2,…，N，N为预设迭代次数；步骤二，分别利用公式(3)获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值其中，表示滤波窗口点像素(i,j)T经过第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值，Kp1,Kp2表示权重归一化因子，σs表示空间权重控制标准差，σr表示范围权重控制标准差；步骤三，将所述当前层图像的每一个像素点(i,j)T经第n次迭代的第一联合双边滤波后的光流值作为第n次迭代的第二联合双边滤波器的输入，将每一个像素点(i,j)T的光流输出值作为第n次迭代第二联合双边滤波器的引导；步骤四，分别利用公式(4)获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的第二联合双边滤波后的光流值；其中，表示每一个所述像素点(i,j)T经过第n第迭代的第二联合双边滤波后的光流值，Kp3,Kp4表示权重归一化因子，步骤五，采用公式(5)对所述经第n次迭代的第二联合双边滤波后的光流值进行中值滤波，获得每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的中值滤波值；表示像素点(i,j)T经过中值滤波后的光流值，f(·)表示中值滤波；步骤六，判断当前迭代次数n是否小于预设迭代次数，若否，则将每一个所述像素点(i,j)T经第n次迭代的中值滤波值作为所述当前层图像的交替引导滤波后的光流值；若是，则将n增加1作为当前迭代次数，返回所述步骤一。5.一种图像序列光流的获取系统，其特征在于，所述获取系统包括：样本图像获取模块，用于选取图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈震，王雪冰，张聪炫，江少锋，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36