中文摘要：

开展基于光流模型的运动分析技术研究的重要推动力在于运动目标检测、测量、跟踪和识别等应用领域内的巨大需求。鉴于现有研究存在的光流估计精度、光流方程的不适定性、鲁棒性、不规则运动分折和光流场过光滑等问题，本课题将开展光流分析、正则化问题、光流分割、主动轮廓模型等课题的研究。研究特色可概括为数学框架的通用性、技术路线的创新性和数值方案的有效性。本课题创新点包括引入张量投票思想阐述运动估计问题，解决有不同速度像素的不确定性和遮挡问题；提出光流计算方法的统一的数学框架，这一新的运动估计广义形式化方法从更高的角度重新阐述了低阶约束正则化问题；采用流量最大化思想处理具有狭窄结构和低对比度区域的运动分割。前期研究工作已取得阶段性成果。本课题旨在解决基于光流模型的运动分析中关键基础性问题，建立广泛通用的数学框架，给出有较高性能的数值方法，实现算法的性能分析和对比，完成综合指标较优的运动估计、分割和跟踪方案。

结论摘要：

本课题对基于光流模型的运动分析技术进行了研究。主要开展了以下几方面的研究工作。一、研究如何利用局部强度变化规律检测运动不一致性，探讨如何从一个、两个或多个像素的强度变化中发现运动不一致的证据。当该测度施加到线性光流约束系统时，可被用来预测在每个像素处光流可被恢复的置信度。二、研究如何通过选择一致的邻域像素建立一致的局部计算系统，并给出了6种可能的加权函数，其应用的计算模型满足梯度恒定和局部仿射运动的假设。三、研究局部和全局光流约束的互补效应，并通过联合使用局部和全局约束以改善光流计算精度。该研究包括(1)提出一个可删除或抑制运动外值点的局部计算系统。(2)为在局部计算中保持运动边界，采用基线均值漂移聚类算法对多个移动物体实现分割。在每个移动物体的内部，同时利用全局子空间约束和空间光滑性约束，进一步对光流场正则化。子空间约束通过高置信度的光流矢量纠正不可靠的光流矢量，从而减轻了局部计算的孔径问题。四、提出了将光流计算由平移运动扩展为快速旋转的广义框架。通过定向卷积配合预先计算的高通内核，检测局部等强度线和法矢方向，并将坐标系设定为局部等强度线和法矢方向。在局部定向坐标系下，光流计算满足方向导数、方向光滑性约束和仿射运动模型的旋转不变性，并给出最佳光流场的数值计算方案。五、研究了将局部和全局计算相结合的光流计算推广到快速旋转运动模型的解决方案。六、研究了以样条泛函作为光滑约束的数学模型，并且给出了光流计算最小化问题解的必要条件。这一模型从方法学角度为光流计算的形式化表示和数值计算提供了依据。