光流法簡單介紹

光流的概念是Gibson在1950年首先提出來的。它是空間運動物體在觀察成像平面上的像素運動的瞬時速度，是利用映像序列中像素在時間域上的變化以及相鄰幀之間的相關性來找到上一幀跟當前幀之間存在的對應關係，從而計算出相鄰幀之間物體的運動資訊的一種方法。一般而言，光流是由於情境中前景目標本身的移動、相機的運動，或者兩者的共同運動所產生的。其計算方法可以分為三類：

（1）基於地區或者基於特徵的匹配方法；

（2）基於頻域的方法；

（3）基於梯度的方法；

簡單來說，光流是空間運動物體在觀測成像平面上的像素運動的“瞬時速度”。光流的研究是利用映像序列中的像素強度資料的時域變化和相關性來確定各自像素位置的“運動”。研究光流場的目的就是為了從圖片序列中近似得到不能直接得到的運動場。

光流法的前提假設：

（1）相鄰幀之間的亮度恒定；

（2）相鄰視訊框架的取幀時間連續，或者，相鄰幀之間物體的運動比較“微小”；

（3）保持空間一致性；即，同一子映像的像素點具有相同的運動

這裡有兩個概念需要解釋：

運動場，其實就是物體在三維真實世界中的運動；

光流場，是運動場在二維映像平面上的投影。

如所示，H中的像素點(x,y)在I中的移動到了(x+u,y+v)的位置，位移量為(u,v)。

光流法用於目標檢測的原理：給映像中的每個像素點賦予一個速度向量，這樣就形成了一個運動向量場。在某一特定時刻，映像上的點與三維物體上的點一一對應，這種對應關係可以通過投影來計算得到。根據各個像素點的速度向量特徵，可以對映像進行動態分析。如果映像中沒有運動目標，則光流向量在整個映像地區是連續變化的。當映像中有運動物體時，目標和背景存在著相對運動。運動物體所形成的速度向量必然和背景的速度向量有所不同，如此便可以計算出運動物體的位置。需要提醒的是，利用光流法進行運動物體檢測時，計算量較大，無法保證即時性和實用性。

光流法用於目標跟蹤的原理：

（1）對一個連續的視訊框架序列進行處理；

（2）針對每一個視頻序列，利用一定的目標檢測方法，檢測可能出現的前景目標；

（3）如果某一幀出現了前景目標，找到其具有代表性的關鍵特徵點（可以隨機產生，也可以利用角點來做特徵點）；

（4）對之後的任意兩個相鄰視訊框架而言，尋找上一幀中出現的關鍵特徵點在當前幀中的最佳位置，從而得到前景目標在當前幀中的位置座標；

（5）如此迭代進行，便可實現目標的跟蹤；